Power Plant Engineering

วศวกรรมโรงไฟฟา(Power Plant Engineering)

ศาสตราจารย ดร. สมชาต ฉนทศรวรรณคณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยธรรมศาสตร

ก

สงวนลขสทธ พ.ศ. 2554 โดย นายสมชาต ฉนทศรวรรณหามการลอกเลยนสวนหนงสวนใดของหนงสอเลมน นอกจากจะไดรบอนญาต

ข

คำนำ

วชาวศวกรรมโรงไฟฟา (Power Plant Engineering) เปนหนงในวชาบงคบของในหลกสตรวศวกรรมเครองกลทกำหนดโดยสภาวศวกร เนองจากในชวงเวลาหลายปทผานมา ประเทศไทยมการเจรญเตบโตทางเศรษฐกจอยางตอเนอง และความเปนอยของคนไทยกไดมพฒนาการในทางทดขน ผลทตามมาคอ ความตองการใชไฟฟาของประเทศไทยเพมขนทกปไมมากกนอย หนวยงานภาครฐจงตองวางแผนสรางโรงไฟฟาเพมขนทกป ดงนนจงเปนเรองทคาดหมายไดวา ในอนาคตจำนวนโรงไฟฟาในประเทศไทยจะมจำนวนเพมขนอยางตอเนอง และความตองการวศวกรทมความรเกยวกบโรงไฟฟากจะเพมขนตามไปดวย

หวขอของวชาวศวกรรมโรงไฟฟาทกำหนดโดยสภาวศวกรกำหนดไดแก โรงไฟฟาพลงความรอน โรงไฟฟากงหนกาซ โรงไฟฟาพลงความรอนรวม โรงไฟฟาพลงนำ และโรงไฟฟานวเคลยร แตละหวขอมรายละเอยดคอนขางมากซงสะทอนความเปนจรงทวามวศวกรหลายสาขาทำงานรวมกนในโรงไฟฟา เชน วศวกรเครองกล วศวกรเคม และวศวกรไฟฟา อาจารยผสอนวชาวศวกรรมโรงไฟฟามกใชตำราวชาวศวกรรมโรงไฟฟาทเขยนเปนภาษาองกฤษประกอบการสอน ตำราเหลานมเนอหามาก ถาจะสอนตามเนอหาทงหมดในตำรา กคงตองใชเวลามากกวาหนงภาคการศกษา ดงนนอาจารยผสอนจงตองเลอกเนอหาทจะสอน โดยเนอหานตองครอบคลมหวขอทกำหนดโดยสภาวศวกร และเปนเนอหาทอาจารยมความเหนวา วศวกรเครองกลทปฏบตงานในโรงไฟฟาควรตองมความรและความเขาใจ

ในฐานะทผมเปนอาจารยคนหนงทไดมโอกาสสอนวชาวศวกรรมโรงไฟฟาในชวงเวลาหลายปทผานมา ผมไดปรบปรงเนอหาของวชาใหสอดคลองกบขอมลทไดจากการตดตามขาวสารเกยวกบโรงไฟฟาในประเทศไทยและในประเทศอน ๆ การเยยมชมโรงไฟฟาทสำคญหลายแหง และการอานบทความวชาการทเกยวกบโรงไฟฟา ผมมความเหนวาตำราวชาวศวกรรมโรงไฟฟาทเขยนเปนภาษาไทยทมเนอหาพอเหมาะพอดกบการเรยนการสอนในหนงภาคการศกษานาจะเปนประโยชนแกทงอาจารยและนกศกษา ผมจงไดนำเนอหาทผมสอนมาเรยบเรยงเปนตำราเลมน ผมคาดหวงวาตำราเลมนจะตอบสนองความตองการของอาจารย ผสอนวชาวศวกรรมโรงไฟฟาและนกศกษาได นอกจากน ผ

ง

สนใจทวไปกนาจะไดประโยชนจากการอานตำราเลมนเนองจากความรเบองตนทผอานควรมในการอานตำราเลมนเปนเพยงความรพนฐานเกยวกบวชาเทอรโมไดนามกส

ตอนทผมเรมตนเขยนเลมน ผมคาดวาจะสงตำราทเขยนเสรจสมบรณตพมพและวางจำหนายตามรานหนงสอ แตหลงเขยนตำราเสรจแลว ผมมความรสกถงความไมสม-บรณของตำรา จงเปลยนความตงใจทจะตพมพตำราเพอวางจำหนาย และเมอลองหวนกลบไปคดถงผลประโยชนทผมเคยไดรบจากหนงสอหลายเลมทเผยแพรในรปของหนง-สออเลกทรอนกส (E-book) ทางอนเทอรเนตโดยไมเกบคาใชจาย ผมกไดตดสนใจทจะเผยแพรตำราเลมนในรปของหนงสออเลกทรอนกสเชนกน วชาวศวกรรมโรงไฟฟาเปนวชา ทมการปรบปรง เนอหาอยางตอเนองเพอตอบสนองการเปลยนแปลงของประเทศไทยและของโลก ตำราเลมนกคงตองไดรบการปรบปรงเนอหาอยางตอเนองเชนกน ผมยนดรบฟงความคดเหนและขอเสนอแนะของผอานซงสามารถตดตอกบผมไดทางอเมล

สดทายน ผมขอขอบคณสำนกงานบรหารการวจย มหาวทยาลยธรรมศาสตรทใหทนเขยนตำราประจำป 2552 ในการผลตตำราเลมน

สมชาต ฉนทศรวรรณe-mail: [email protected]

กนยายน 2554

สารบญ

1 บทนำ 11.1 ระบบพลงงานไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 ประเภทของโรงไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3 โรงไฟฟาในประเทศไทย . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.4 รายงานการวเคราะหผลกระทบสงแวดลอม . . . . . . . . . . . . . . 6

2 เศรษฐศาสตรของการผลตไฟฟา 92.1 มลคาปจจบน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2 เสนโคงภาระ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.3 ตนทนการผลตไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3.1 คาเชอเพลง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.3.2 คาดำเนนการและบำรงรกษา . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.3.3 คากอสราง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3.4 การเปรยบเทยบตนทนการผลตไฟฟา . . . . . . . . . . . . . 252.3.5 อตราคาไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 เชอเพลง 313.1 เชอเพลงแขง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.1.1 ถานหน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.1.2 เชอเพลงชวมวล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.2 เชอเพลงเหลว . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.2.1 นำมนเตา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383.2.2 นำมนดเซล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.2.3 สมบตของเชอเพลงเหลว . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.3 เชอเพลงกาซ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.3.1 กาซธรรมชาต . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

ฉ สารบญ

3.3.2 กาซสงเคราะห . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.3.3 กาซชวภาพ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.4 การใชเชอเพลงเพอผลตไฟฟาของประเทศไทย . . . . . . . . . . . . . 45

4 การเผาไหม 494.1 ปฏกรยาการเผาไหม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.2 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎ . . . . . . . . . . . . . . . . 514.3 คาความรอน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554.4 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงจรง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.4.1 วธทหนง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.4.2 วธทสอง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.5 อากาศสวนเกน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 634.6 อณหภมจดนำคาง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674.7 อปกรณเผาไหม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.7.1 อปกรณเผาไหมเชอเพลงกาซและเชอเพลงเหลว . . . . . . . . 694.7.2 อปกรณเผาไหมเชอเพลงแขง . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.8 การควบคมมลภาวะทางอากาศ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.8.1 ฝน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.8.2 ออกไซดของไนโตรเจน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.8.3 ซลเฟอรไดออกไซด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5 เทอรโมไดนามกสของโรงไฟฟาพลงความรอน 895.1 สมบตของไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895.2 วฏจกรแรงคน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.3 การปรบปรงประสทธภาพของวฏจกรแรงคน . . . . . . . . . . . . . . 94

5.3.1 การลดความดนในเครองควบแนน . . . . . . . . . . . . . . 955.3.2 การผลตไอรอนยวดยงกอนเขาเครองกงหน . . . . . . . . . . 955.3.3 การเพมความดนในเครองกำเนดไอนำ . . . . . . . . . . . . 965.3.4 การใหความรอนซำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.3.5 รเจนเนอเรชน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

5.4 ผลกระทบของความผวนกลบไมไดในวฏจกร . . . . . . . . . . . . . 1065.5 ประสทธภาพของโรงไฟฟาพลงความรอน . . . . . . . . . . . . . . . 1075.6 ประสทธภาพของหมอไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1095.7 ระบบผลตพลงงานรวม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

สารบญ ช

6 เครองกำเนดไอนำ 1216.1 ประเภทของหมอไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1216.2 หลกการทำงานของเครองกำเนดไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . 1226.3 เตาเผาและเครองระเหย . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1246.4 ถงพกไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1266.5 การถายนำออก . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1296.6 เครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำ . . . . . . . . . . . . 1306.7 การควบคมอณหภมไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1336.8 เครองประหยดเชอเพลง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1366.9 เครองอนอากาศ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1386.10 เครองเปาฝน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1406.11 การไหลเวยนของอากาศและกาซเสย . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

6.11.1 ดราฟตธรรมชาต . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.11.2 ดราฟตเชงกล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1436.11.3 พดลม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

7 เครองกงหนไอนำ 1517.1 หลกการทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1517.2 ขนทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.2.1 ขนทำงานแรงดล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1527.2.2 ขนทำงานแรงปฏกรยา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

7.3 ประสทธภาพหวฉด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1567.4 สามเหลยมความเรว . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1577.5 ความเรวทเหมาะสมทสด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

7.5.1 ขนทำงานแรงดล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1637.5.2 ขนทำงานแรงปฏกรยา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

7.6 ประสทธภาพขนทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1697.7 เครองกงหนไอนำหลายขนทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1717.8 แรงดนแนวแกน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1767.9 การจำแนกเครองกงหนไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1767.10 การควบคมเครองกงหน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

8 ระบบนำปอนและนำหลอเยน 1858.1 อปกรณหลกในระบบนำปอนและนำหลอเยน . . . . . . . . . . . . . 185

ซ สารบญ

8.2 เครองควบแนน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1858.3 เครองอนนำปอน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

8.3.1 เครองอนนำปอนแบบเปด . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1908.3.2 เครองอนนำปอนแบบปด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1918.3.3 การเลอกใชเครองอนนำปอน . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

8.4 หอหลอเยน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1938.4.1 หอหลอเยนเปยก . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1948.4.2 หอหลอเยนแหง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

8.5 ระบบปรบสภาพนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

9 อปกรณและระบบควบคม 2039.1 ระบบควบคมของโรงไฟฟาพลงความรอน . . . . . . . . . . . . . . . 2039.2 การวดสมบตของไหล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

9.2.1 การวดความดน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2069.2.2 การวดระดบของเหลว . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2099.2.3 การวดอณหภม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2119.2.4 การวดอตราการไหล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

9.3 ระบบควบคมภาระ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2229.4 ระบบควบคมการเผาไหม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2259.5 ระบบควบคมความดนในเตาเผา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2289.6 ระบบควบคมระดบนำในถงพกไอนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2289.7 ระบบควบคมอณหภมไอนำยวดยง . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

10 โรงไฟฟาพลงความรอนรวม 23710.1 วฏจกรเบรยตน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23710.2 วฏจกรผสม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24410.3 เครองกงหนกาซ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

10.3.1 ประเภทของเครองกงหนกาซ . . . . . . . . . . . . . . . . . 24910.3.2 สวนประกอบหลก . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24910.3.3 ปจจยทสงผลตอสมรรถนะของเครองกงหนกาซ . . . . . . . . 25610.3.4 การเพมสมรรถนะใหเครองกงหนกาซ . . . . . . . . . . . . 258

10.4 เครองกำเนดไอนำแบบกความรอน . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

สารบญ ฌ

11 โรงไฟฟาพลงนำ 26711.1 ลกษณะทวไป . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26711.2 เขอน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26911.3 ทอสงนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27111.4 กงหนไฮดรอลก . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

11.4.1 ประเภทของกงหนไฮดรอลก . . . . . . . . . . . . . . . . . 27311.4.2 การเปรยบเทยบประสทธภาพของกงหน . . . . . . . . . . . 27711.4.3 ระบบควบคมเครองกงหน . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

11.5 อโมงคทายนำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27911.6 โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

12 โรงไฟฟานวเคลยร 28712.1 สญลกษณนวเคลยรและไอโซโทป . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28712.2 ปฏกรยานวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28812.3 เสถยรภาพทางนวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29012.4 กมมนตภาพรงส . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29112.5 ฟชชน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29412.6 ปฏกรยาลกโซ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29612.7 สวนประกอบของเตาปฏกรณนวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . 29812.8 ประเภทของเตาปฏกรณนวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

12.8.1 เตาปฏกรณแบบนำความดนสง . . . . . . . . . . . . . . . . 29912.8.2 เตาปฏกรณแบบนำเดอด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30112.8.3 เตาปฏกรณแบบนำมวลหนกความดนสง . . . . . . . . . . . 30212.8.4 เตาปฏกรณแบบหลอเยนดวยกาซ . . . . . . . . . . . . . . 30312.8.5 เตาปฏกรณแบบ RBMK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

12.9 เชอเพลงนวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30412.10การกำจดกากนวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30712.11อนตรายของกมมนตภาพรงสตอมนษย . . . . . . . . . . . . . . . . 30812.12ความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยร . . . . . . . . . . . . . . . . . 310

ญ สารบญ

บทท 1

บทนำ

1.1 ระบบพลงงานไฟฟา

พลงงานไฟฟาเปนพลงงานทปลอดภยตอการใชงาน สะดวกทการสงจากสถานทหนงไปยงอกสถานทหนง และสามารถผลตไดหลายวธ พลงงานไฟฟานบเปนปจจยพนฐานทสำคญประการหนงในการพฒนาประเทศ เปนทยอมรบกนอยางกวางขวางวาปร-มาณการใชไฟฟาบงบอกถงอตราการเจรญเตบโตทางเศรษฐกจของประเทศได ตารางท1.1 เปรยบเทยบอตราสวนการใชไฟฟาตอจำนวนประชากรเมอป พ.ศ. 2548 ของบางประเทศรวมทงประเทศไทย จะเหนวาประเทศทพฒนาแลวมอตราสวนการใชไฟฟาสงกวาประเทศกำลงพฒนา อตราสวนนจงบงบอกความเจรญของประเทศอยางคราว ๆ ไดเนองจากประเทศไทยมแนวโนมทจะพฒนาอยางตอเนองจงมความเปนไปไดสงทอตราสวนการใชไฟฟาของประเทศไทยจะเพมขนอยางตอเนองดวย สงนแสดงใหเหนถงความสำคญของระบบพลงงานไฟฟาตอการพฒนาประเทศไทย

การนำพลงงานไฟฟามาใชนนเรมตนจากการสรางระบบผลตพลงงานไฟฟาหรอโรงไฟฟา จากนนจงสงพลงงานไฟฟาผานสายสงไฟฟาแรงสงไปยงระบบจำหนายเพอขายใหผใชไฟฟา รายละเอยดของระบบตาง ๆ มดงน

• ระบบผลต (power generation system) หมายถงระบบทแปลงพลงงานทอยในรปอนเปนพลงงานไฟฟา ในปจจบนพลงงานไฟฟาปรมาณมากสามารถผลตไดโดยใชพลงงานกลขบเคลอนเครองกงหนทมแกนหมนรวมกบเครองกำเนดไฟฟาพลงงานกลไดจากการแปลงพลงงานรปอนเชนพลงงานความรอน พลงงานนำและพลงงานนวเคลยร เปนตน

• ระบบสง (power transmission system) หมายถงระบบเสาสงและสายสงไฟฟา

2 บทนำ

ตารางท 1.1: อตราสวนการใชไฟฟาตอจำนวนประชากรเมอป พ.ศ. 2548

ประเทศ อตราสวนการใชไฟฟา (MW.h/ป)สหรฐอเมรกา 12.80ออสเตรเลย 10.91ญปน 7.61ฝรงเศส 7.46สหราชอาณาจกร 5.84อตาล 5.29มาเลเซย 3.11อารเจนตนา 2.30ไทย 1.83เมกซโก 1.71อยปต 1.14ฟลปปนส 0.56ศรลงกา 0.34ลาว 0.20เคนยา 0.13

แรงสง ถาระบบผลตพลงงานไฟฟาเปรยบเสมอนหวใจ ระบบสงพลงงานไฟฟากเปรยบเสมอนเสนเลอดทนำเลอดไปหลอเลยงรางกาย ระบบสงพลงงานไฟฟาจะนำพลงงานไฟฟาไปสสถานไฟฟายอย (substation) เพอจายไฟฟาใหการไฟฟานครหลวงหรอการไฟฟาสวนภมภาค และจำหนายใหผใชรายใหญโดยตรงตอไปการใชสายสงไฟฟาแรงสงกเพอใหสามารถสงพลงงานไฟฟาไดไกลโดยมความสญ-

เสยนอย ถงแมวาในทางทฤษฎแรงดนไฟฟายงมาก พลงไฟฟาสญเสยจะยงนอยแตในทางปฏบตมปจจยอนทจำกดคาแรงดนไฟฟาไมใหสงเกนไป โดยทวไประดบแรงดนของระบบสายสงมขนาด 69 kW 115 kW 230 kW และ 500 kW แรงดนในสายสงจะลดลงตามระยะทางจากโรงไฟฟาจนถงระดบทจายใหผใชไฟฟา โดยทำการลดในสถานไฟฟายอยซงมกตงอยใกลแหลงใชไฟฟาขนาดใหญ ซงอาจเปนเมองหรอนคมอตสาหกรรม

• ระบบจำหนาย (power distribution system) หมายถงระบบทรบพลงงานไฟฟาจากระบบสงพลงงานไฟฟาเพอขายใหผใชไฟฟาทกระจายอยในบรเวณตาง ๆ โดย

1.2 ประเภทของโรงไฟฟา 3

ทวไประดบแรงดนในระบบจำหนายจะไมสงเทาในระบบสง ทงนเพราะระยะทางจากสถานไฟฟายอยไปสผใชไฟฟาไมมากนก จงไมจำเปนตองใชระดบแรงดนสงซงมราคาวสดและอปกรณสง โดยทวไปแรงดนของระบบจำหนายมหลายระดบเชน 11 kW 12 kW 22 kW 24 kW และ 33 kW เมอเดนสายสงมาถงบรเวณทมผใชไฟฟามาก ๆ กลดระดบแรงดนของระบบจำหนายใหตำลงอยในระดบทใชงานกนคอ 380/220 V อปกรณทใชลดระดบแรงดนคอหมอแปลงไฟฟา

สำหรบประเทศไทย หนวยงานของรฐทรบผดชอบเรองการผลต การสงและการจำหนายไฟฟา 3 หนวยงานคอ (1) การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย (กฟผ.) รบผด-ชอบงานเกยวกบการผลตพลงงานไฟฟาใหเพยงพอกบความตองการใชไฟฟาในประเทศซงรวมถงการสรางโรงไฟฟาและการเดนเครองโรงไฟฟา การรบซอไฟฟาจากผผลตไฟฟารายเลกและผผลตไฟฟาอสระ และการสงพลงงานไฟฟาผานระบบสายสงแรงสงไปสแหลงผใชไฟฟาและสถานยอยตางๆ (2) การไฟฟานครหลวง (กฟน.) รบผดชอบงานเกยวกบการรบพลงงานไฟฟาจาก กฟผ. เพอจำหนายใหแกผใชไฟฟาในเขตกรงเทพ-มหานคร นนทบร และสมทรปราการ (3) การไฟฟาสวนภมภาค (กฟภ.) รบผดชอบงานเกยวกบการรบพลงงานไฟฟาจาก กฟผ. เพอจำหนายใหแกผใชไฟฟาในจงหวดอนทวประเทศ นอกจากน กฟภ. ยงมโรงไฟฟาขนาดเลกของตวเองในบรเวณทสายสงแรงสงของ กฟผ. ไปไมถง

1.2 ประเภทของโรงไฟฟา

โรงไฟฟาทำหนาทแปลงพลงงานรปตาง ๆ เชน พลงงานศกยของนำ พลงงานเคมในเชอเพลงฟอสซล และพลงงานนวเคลยรในเชอเพลงนวเคลยรเปนพลงงานไฟฟา โรงไฟฟาสามารถแบงประเภทตามเชอเพลงทใชและกระบวนการผลตไฟฟา ดงน

• โรงไฟฟาพลงความรอน (thermal power plant) เผาไหมเชอเพลงฟอสซลหรอเชอเพลงชวมวลในการทำใหนำกลายเปนไอนำทมอณหภมสงและความดนสงเพอใช เดนเครองกงหนไอนำและเครองกำเนดไฟฟา โรงไฟฟาประเภทน ใชเวลากอสรางนาน มคากอสรางสง แตมคาเชอเพลงคอนขางตำ

• โรงไฟฟากงหนกาซ (gas turbine power plant) เผาไหมกาซธรรมชาตในการผลตกาซเสยทมอณหภมสงและความดนสงเพอใชเดนเครองกงหนกาซและเครองกำ-เนดไฟฟา โรงไฟฟาประเภทนใชเวลากอสรางสน มคากอสรางตำ แตมคาเชอเพลงสง

4 บทนำ

• โรงไฟฟาพลงความรอนรวม (combined-cycle power plant) เผาไหมกาซธรรม-ชาตในการผลตกาซเสยทไดมอณหภมสงและความดนสงโรงไฟฟากงหนกาซ กาซเสยทไดใชเดนเครองกงหนกาซ กาซเสยทออกจากเครองกงหนกาซยงคงมอณห-ภมสง จงใชเดนเครองกงหนไอนำไดดวย โรงไฟฟาประเภทนมคากอสรางตำกวาโรงไฟฟาพลงความรอนแตคาเชอเพลงสงกวา

• โรงไฟฟานวเคลยร (nuclear power plant) ใชปฏกรยานวเคลยรในการผลตไอนำทมอณหภมสงและความดนสงเพอใชเดนเครองกงหนไอนำและเครองกำเนดไฟฟา โรงไฟฟาประเภทนมคากอสรางสงแตมคาเชอเพลงตำเนองจากใชเชอเพลงในปรมาณนอยเพอผลตไฟฟาในปรมาณมากได

• โรงไฟฟาพลงนำ (hydroelectric power plant) แปลงความพลงงานศกยจากนำในเขอนเปนพลงงานไฟฟาโดยใชเครองกงหนนำ โรงไฟฟาประเภทนจงตองตงอยใกลเขอนและขนาดของโรงไฟฟาขนกบขนาดของเขอน โรงไฟฟาประเภทนมคากอสรางสงและไมมคาเชอเพลงแตมผลกระทบทางลบตอสงแวดลอมคอนขางมาก

• โรงไฟฟาดเซล (diesel power plant) ประกอบดวยเครองยนตดเซลขนาดใหญซงใชนำมนดเซลเปนเชอเพลง โรงไฟฟาประเภทนใชเวลากอสรางสน มคากอสรางตำ แตมคาเชอเพลงสงมาก โรงไฟฟาประเภทนมกมขนาดเลกและเดนเครองเทาทจำเปน

• โรงไฟฟาทใชพลงงานหมนเวยน (renewable energy) ผลตไฟฟาโดยใชพลงงานแสงอาทตย พลงงานลม พลงงานความรอนใต พภพ และพลงงานหมนเวยนอน ๆ ถงแมวาพลงงานเหลานจะไมมคาใชจายและไมสงผลกระทบตอสงแวดลอมมากนก แตโรงไฟฟาประเภทนมตนทนการผลตไฟฟาสงกวาโรงไฟฟาประเภทอนมากและมขนาดเลกมาก จงยงไมทนยมมากนกในปจจบน

1.3 โรงไฟฟาในประเทศไทย

ประเทศไทยมโรงไฟฟาหลายโรงกระจายไปทวประเทศ ขนาดของโรงไฟฟามตงแตไมก MW ถง สองพนกวา MW ตารางท 1.2 แสดงใหเหนสดสวนการผลตไฟฟาของโรงไฟฟาในประเทศไทยในป พ.ศ. 2547 จะเหนวาไฟฟาในประเทศไทยผลตโดยโรงไฟฟาพลงความรอนรวมในสดสวนทสงมาก สาเหตทเปนเชนนคอ ประเทศไทยมกาซธรรมชาตซงเปนเชอเพลงของโรงไฟฟาพลงความรอนรวม และโรงไฟฟาประเภทน

1.3 โรงไฟฟาในประเทศไทย 5

ทำใหเกดมลภาวะทางอากาศคอนขางนอย จงไดรบการยอมรบจากชมชนมากกวาโรงไฟฟาพลงความรอนทใชถานหนเปนเชอเพลง

ตารางท 1.2: สดสวนกำลงการผลตของโรงไฟฟาในประเทศไทยในป พ.ศ. 2547

โรงไฟฟา กำลงการผลต (MW) สดสวน (%)พลงความรอนรวม 11305 43.6พลงความรอน 8032 31.0พลงนำ 3476 13.4กงหนกาซ 861 3.3อน ๆ 2233 8.7

โรงไฟฟาอาจแบงตามหนวยงานทดแลหรอเปนเจาของอนไดแก (1) กฟผ. (2)ผผลตไฟฟาอสระ (independent power producer) หรอ IPP และ (3) ผผลตไฟฟารายยอย (small power producer) หรอ SPP

• กฟผ. เปนรฐวสาหกจทมโรงไฟฟาในความรบผดชอบหลายโรง สวนใหญจะเปนโรงไฟฟาขนาดใหญซงตองการการลงทนสง โรงไฟฟาพลงนำทงหมดอยในความดแลของ กฟผ. แตโรงไฟฟาทใชเชอเพลงฟอสซลและเชอเพลงชวมวลบางสวนอยในความดแลของภาคเอกชนซงกคอ IPP และ SPP

• IPP คอ เอกชนทสรางโรงไฟฟาและผลตไฟฟาเอง แตตองขายไฟฟาใหแก กฟผ.โดย กฟผ. จะกำหนดปรมาณไฟฟาทรบซอเพอควบคมจำนวนของ IPP เงอนไขของการรบซอไฟฟาคอ (1) โรงไฟฟาจะตองใชเชอเพลงทสะอาดเปนทยอมรบของประชาชน (2) โรงไฟฟาจะตองตงอยในบรเวณท กฟผ. กำหนด (3) กฟผ. จะเปนผสงใหเดนเครองโรงไฟฟา และจายไฟฟาเขาระบบไฟฟา และ (4) โรงไฟฟาจะตองปฏบตตามมาตรฐานทางดานสงแวดลอมททางราชการกำหนด

• SPP คอ เอกชนทสรางโรงไฟฟาและผลตไฟฟาในปรมาณนอย โดยจะจำหนายให กฟผ. ไมเกน 90 MW แตอาจขายไฟฟาใหผบรโภคทอยบรเวณใกลเคยงได SPP ผลตไฟฟาโดยใชพลงงานทดแทนเชน วสดเหลอทงทางการเกษตร กาซชวภาพจากมลสตว ขยะ หรอพลงงานลม แตถาใชเชอเพลงอนเชน กาซธรรมชาตนำมน หรอถานหน การผลตไฟฟาจะตองเปนระบบการผลตพลงงานไฟฟารวมกบพลงงานความรอน (cogeneration) ซงหมายถงระบบทพลงงานความรอนทผลตไดจะไมปลอยทงแตจะนำไปใชประโยชน พลงงานความรอนทนำไปใชประ-

6 บทนำ

โยชนจะตองมปรมาณไมตำกวา 10% ของพลงงานทผลตไดทงหมด นอกจากนประสทธภาพรวมของโรงไฟฟาจะตองไมตำกวา 45%

ตารางท 1.3 แสดงใหเหนสดสวนกำลงการผลตไฟฟาของประเทศไทยโดยหนวย-งานตางๆ ในป พ.ศ. 2551 สดสวนการผลตไฟฟาโดย IPP มแนวโนมเพมขนตามนโยบายของรฐบาลทจะเพมบทบาทในการผลตไฟฟาโดยภาคเอกชนซงจะนำไปสการแขงขนโดยเสรและตนทนการผลตไฟฟาทตำ

ตารางท 1.3: สดสวนกำลงการผลตของประเทศไทยในป พ.ศ. 2551

ผผลต กำลงการผลต (MW) สดสวน (%)กฟผ. 15794 55ผผลตไฟฟาอสระ 11452 38ผผลตไฟฟารายยอย 2070 8นำเขา (จากลาวและมาเลเซย) 640 2

1.4 รายงานการวเคราะหผลกระทบสงแวดลอม

โรงไฟฟามคากอสรางสงมาก การลงทนกอสรางโรงไฟฟามกพจารณาปจจยทางเศรษฐศาสตรเปนหลก ปจจยทสำคญคอ ทตงของโรงไฟฟา ซงควรอยใกลแหลงเชอเพลงแหลงนำ และสายสงไฟฟาแรงดนสง อยางไรกตาม โรงไฟฟาอาจสงผลกระทบตอสงแวดลอม ดงนนผลกระทบดานสงแวดลอมเปนสงทสำคญทควรพจารณาในการเลอกทตงของโรงไฟฟา ในชวงเวลาทประเทศไทยเรมมการกอสรางโรงไฟฟา สงคมไทยยงไมไดใหความสำคญกบผลกระทบดานสงแวดลอมของโรงไฟฟาเทาทควร แตเมอประเทศไทยเตบโตทางเศรษฐกจมากขนและประชาชนมความเปนอยทดขน สงคมเรมตองการใหโรงงานอตสาหกรรมตาง ๆ ควบคมกระบวนการผลตใหเปนมตรตอสงแวดลอม โรงไฟฟาเปนโรงงานขนาดใหญทสงคมจบตามองเปนพเศษเนองจากมความเชอในประชา-ชนบางกลมวา โรงไฟฟาเปนแหลงปลอยมลภาวะทางอากาศและทางนำแหลงใหญ จงมความตองการใหรฐบาลควบคมการดำเนนการของโรงไฟฟาโรงงานอตสาหกรรมอน ๆใหเขมงวดขน ความตองการนนำไปสการกอตงหนวยงานภาครฐหลายหนวยงานททำหนาทกำกบดแลใหโรงงานอตสาหกรรมปฏบตตามกฎหมายสงแวดลอมอยางเครงครด

กฎหมายทสำคญฉบบหนงคอ ประกาศกระทรวงทรพยากรธรรมชาตและสงแวด-ลอม เรอง กำหนดหลกเกณฑ วธการ ระเบยบปฏบตและแนวทางในการจดทำรายงาน

1.4 รายงานการวเคราะหผลกระทบสงแวดลอม 7

การวเคราะหผลกระทบสงแวดลอมสำหรบโครงการและกจการทอาจกอใหเกดผลกระทบตอชมชนอยางรนแรงทงทางดานคณภาพสงแวดลอม ทรพยากรธรรมชาต และสขภาพกฎหมายทสำคญฉบบนกำหนดใหกจการหลายประเภทตองสงรายงานการวเคราะหผลกระทบสงแวดลอม (environmetal impact assessment หรอ EIA) ใหสำนกงานนโย-บายและแผนทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอม (สผ.) กอนเรมดำเนนโครงการหรอกจการ โรงไฟฟาทเขาขายตองสงรายงาน EIA มลกษณะดงน

1. โรงไฟฟาพลงความรอนทใชถานหน และมกำลงการผลต 100 MW ขนไป

2. โรงไฟฟาพลงความรอนทใชเชอเพลงฃวมวล และมกำลงการผลต 150 MW ขนไป

3. โรงไฟฟาพลงความรอนรวมทใชกาซธรรมชาต และมกำลงการผลต 3000 MWขนไป

4. โรงไฟฟานวเคลยรทกขนาด

ในกรณของโรงไฟฟาทไมมลกษณะขางตน แตมการรองเรยนตอคณะกรรมการสงแวด-ลอมแหงชาตวา โรงไฟฟาแหงนอาจสงผลกระทบตอชมชนอยางรนแรงทงทางดานคณ-ภาพสงแวดลอม ทรพยากรธรรมชาตและสขภาพ คณะกรรมการสงแวดลอมแหงชาตจะแตงตงคณะอนกรรมการเพอทำหนาทวนจฉยขอรองเรยนดงกลาว ถาคณะอนกรรมการเหนดวยกบขอรองเรยน โรงไฟฟากจะตองสงรายงาน EIA ให สผ.

กฎหมายไดกำหนดรปแบบของรายงาน EIA สาระทสำคญทสดของรายงานคอมาตรการปองกนและแกไขผลกระทบตอสงแวดลอม ในกรณทความเสยหายไมอาจหลกเลยงได รายงาน EIA ตองเสนอแผนการชดเชยความเสยหายดงกลาวดวย นอกจากนรายงานตองเสนอมาตรการและแผนการดำเนนการในการตดตามตรวจสอบผลกระทบตอสงแวดลอมทเหมาะสม รายงานทจะผานการประเมนจะตองมมาตรการเหลานทยอมรบไดโดยคณะกรรมการผชำนาญการ ประชาชนและผมสวนไดเสย องคการอสระ และคณะกรรมการสงแวดลอมแหงชาต

8 บทนำ

คำถามทายบท

1. ประเทศใดมอตราสวนการใชไฟฟาตอจำนวนประชากรมากทสดในโลก

2. ทำไมสายสงไฟฟาจงสงไฟฟาแรงดนสง

3. หนวยงานใดทำหนาทดแลสายสงไฟฟา

4. โรงไฟฟาประเภทใดใชถานหนเปนเชอเพลง

5. โรงไฟฟาพลงความรอนรวมใชเชอเพลงชนดใด

6. ระบขอไดเปรยบและเสยเปรยบระหวางโรงไฟฟาพลงความรอนกบโรงไฟฟากงหนกาซ

7. ทำไมโรงไฟฟาพลงานหมนเวยนจงไมไดรบความนยมมากนก

8. โรงไฟฟาสวนใหญในประเทศไทยเปนโรงไฟฟาประเภทใด

9. จงอธบายความแตกตางระหวางผผลตไฟฟาอสระ (IPP) กบผผลตไฟฟารายยอย(SPP)

10. ตามกฎหมาย โรงไฟฟาพลงความรอนรวมทมกำลงการผลตเทาไรตองสงรายงานEIA

บทท 2

เศรษฐศาสตรของการผลตไฟฟา

2.1 มลคาปจจบน

เปนททราบกนดวามลคาของเงนขนกบเวลา เงนจำนวนหนงในปจจบนมคามากเงนจำนวนเดยวกนในอนาคตเนองจากถานำเงนไปฝากธนาคารกจะไดดอกเบยหรอถานำเงนไปลงทนกไดผลตอบแทนซงสงผลใหมลคาของเงนสงขน ในทางธรกจอตราการเพมขนของมลคาเงนจงเรยกวาอตราสวนลด (discount rate) เพอการเปรยบเทยบเงนในเวลาทตางกน มลคาเงนในอนาคต (future value) จะตองแปลงเปนมลคาปจจบน(present value) โดยใชสตรตอไปนPV = fPV FV (2.1)

โดยท PV คอ มลคาปจจบน, FV คอ มลคาเงนหลงจากเวลาผานไป n ปและfPV = 1(1 + i)n (2.2)

คอแฟกเตอรมลคาปจจบน (present worth factor) และ i คออตราสวนลด จะเหนวาfPV ลดลงตามเวลาทเพมขนและอตราสวนลดทเพมขน

ตวอยาง อปกรณแลกเปลยนความรอนเครองหนงมราคา 1 ลานบาทในปจจบนคาดวาอก 3 ปราคาจะเพมเปน 1.1 ลานบาท จงคำนวณหาอตราสวนลด

วธทำ

10 เศรษฐศาสตรของการผลตไฟฟา

กำหนดให PV = 1000000 บาทและ FV = 1100000 บาท ดงนนfPV = PVFV= 0:909= 1(1 + i)3i = 0:0323ในการดำเนนธรกจ รายรบและรายจายจะเกดขนเปนชวงๆ เรยกวาเงนชด (series

payment) การหามลคาปจจบนของเงนชดสามารถใชสมการ (2.1) และ (2.2) ไดโดยแยกพจารณามลคาปจจบนของเงนในอนาคตแตละกอน มลคาปจจบนรวมของเงนชดจะเทากบมลคาปจจบนของเงนในอนาคตแตละกอน วธนอนญาตใหใชอตราสวนลดทตางกนสำหรบเงนในอนาคตแตละกอนได

ตวอยาง โรงไฟฟาแหงหนงตองการเปลยนเครองควบแนน การจายคาคอนเดน-เซอรจะจายสามครง ครงแรกจายทนท 500000 บาท หลงจากนนหนงปจายอก 600000บาทโดยใชอตราสวนลด 5% ครงสดทายจาย 700000 บาทเมอเวลาผานไปสองปโดยใชอตราสวนลด 4.5% จงหามลคาปจจบนของคอนเดนเซอร

วธทำ PV = PV0 + PV1 + PV2PV0 = 500000PV1 = 600000(1 + 0:05)= 471729PV2 = 700000(1 + 0:045)2= 641011=) PV = 1612740 บาท

ถาเงนชดเกดขนทกปรวม n ปนบจากปจจบนและในแตละปจำนวนเงนเพมขนหรอลดลงเปนสดสวนคงทเมอเทยบกบจำนวนเงนในปกอนหนาและอตราสวนลดมคา

2.1 มลคาปจจบน 11

คงทตลอดชวงเวลาทพจารณา การคำนวณหามลคาปจจบนสามารถใชสตรคณตศาสตรแทนการแยกคำนวณหามลคาปจจบนของเงนในอนาคตแตละกอน กำหนดให FVk เปนจำนวนเงนทจะเกดขนเมอสนปท k และFVk+1 = (1 + r)FVkโดยท 100r เปนเปอรเซนตการเพมขน (r > 0) หรอลดลง (r < 0) ของจำนวนเงนสตรคำนวณหามลคาปจจบนของเงนชดคอPV = FV1i� r �1� �1 + r1 + i�n�

(2.3)

มกรณพเศษท r = i การใชสมการ (2.3) อาจไมสะดวก สตรการคำนวณคา PVสำหรบกรณนคอ PV = nFV11 + i (2.4)

ตวอยาง คาจางของพนกงานของบรษทแหงหนงเทากบ 1000000 บาทเมอสนปแรก ถาอตราเงนเฟอทำใหบรษทตองเพมคาจาง 5% ทกป จงหามลคาปจจบนของคาจาง5 ปถาอตราสวนลดเทากบ 7%

วธทำเนองจาก FV1 = 1000000 บาท, r = 0.05 และ i = 0.07 ดงนนPV = 10000000:07� 0:05 "1� �1:051:07�5#= 4501444 บาท

เงนชดเปนสงทหลกเลยงไมไดในการดำเนนโครงการธรกจ มลคาปจจบนของเงนชดจะใชในการประเมนความคมคาเชงเศรษฐศาสตรของโครงการ นอกจากนมลคาปจ-จบนของเงนชดยงใชเปรยบเทยบโครงการตางๆ และใชในกระบวนการดดแปลงแกไขโครงการใหมความเหมาะสมทสด (optimization process) อยางไรกตามมลคาปจจบนของเงนชดมกเปนตวเลขจำนวนมหาศาลและไมไดบอกวากระแสการเงนในแตละปทดำ-เนนโครงการเปนเทาไร มลคาเฉลยตอป (levelized value) หมายถงจำนวนเงนทเกด


ขนเทา ๆ กนในแตละปซงมมลคาปจจบนรวมเทากบมลคาปจจบนของเงนชด มลคาเฉลยตอปสามารถใชประเมนโครงการไดเหมอนกบมลคาปจจบนของเงนชด บอยครงทการประเมนโครงการดวยมลคาเฉลยตอปจะมความสะดวกกวาเพราะทำใหทราบวาแตละปของโครงการจะมรายรบหรอรายจายเทาไร

มลคาเฉลยตอปอาจเรยกวามลคารายป (annual value) สามารถคำนวณไดถามขอมลทครบถวนของเงนชดซงไดแก มลคาเงนในอนาคตแตละกอนและอตราสวนลดซงสมมตวามคาคงท ถากำหนดใหจำนวนปของเงนชดคอ n การหามลคาเฉลยตอปเรมจากการหาแฟกเตอรมลคาปจจบนของเงนในอนาคตแตละกอน (fPV 1; fPV 2; :::; fPV n)จากสมการ (2.2) จากนนคำนวณมลคาปจจบนของเงนในอนาคตแตละกอน (PV1;PV2; :::; PVn) จากสมการ (2.1) สตรของมลคาเฉลยตอปหรอ AV คอAV = PV1 + PV2 + � � �+ PVnfPV 1 + fPV 2 + � � �+ fPV n (2.5)

ตวอยาง ราคาเชอเพลงทใชในโรงไฟฟาแหงหนงเทากบ 50 บาท/GJ ในปแรกราคาในปท 2-5 เพมปละ 5% จากราคาในปกอนหนา จงหามลคาเฉลยตอปของเชอเพลงในชวงเวลา 5 ปถาอตราสวนลดเทากบ 4.5%

วธทำตาราง ขางลาง แสดงการ คำนวณแฟกเตอร มลคา ปจจบน และ มลคา ปจจบน จาก

สมการ (2.1)

ปท FV fPV i PVi1 50.00 0.9569 47.852 52.50 0.9157 48.073 55.13 0.8763 48.314 57.88 0.8386 48.545 60.78 0.8025 48.78

แทนคา PVi และ fPV i (i = 1, 2, 3, 4, 5) ในสมการ (2.5)AV = 47:85 + 48:07 + 48:31 + 48:54 + 48:780:9569 + 0:9157 + 0:8763 + 0:8386 + 0:8025= 55:02 บาท/GJ

2.2 เสนโคงภาระ 13

การประเมนความคมคาเชงเศรษฐศาสตรของโครงการมหลายวธ วธหนงทนยมใชคอ การหาอตราสวนลดททำใหผลตางระหวางมลคาปจจบนของรายรบและรายจายมคาเปนศนย ผลตางนเรยกวามลคาปจจบนสทธ (net present value) อตราสวนลดทคำนวณไดเรยกวาอตราผลตอบแทนภายใน (internal rate of return) เปนอตราสวนลดททำใหโครงการถงจดคมทน ถาอตราสวนลดจรงแตกตางจากอตราผลตอบแทนภายในโดยทำใหมลคาปจจบนสทธมคาเปนบวกโครงการนนถอวาคมคาแกการลงทน

ตวอยาง โรงไฟฟาแหงหนงใชเงนลงทนสรางโรงไฟฟา 1500 ลานบาท หลงจากเดนเครองแลวไดกำไรปละ 150 ลานบาท จงหาอตราผลตอบแทนภายในถาโรงไฟฟามอายการใชงาน 20 ป จงประเมนความคมคาของโรงไฟฟานถาอตราสวนลดเทากบ 8%

วธทำเนองจากรายจายเกดขนในปจจบนคอ 1500 ลานบาท มลคาปจจบนของรายจาย

(PVout) จงเทากบ 1500 ลานบาท รายรบเปนเงนชดทเกดขนทกปรวม 20 ป มลคาปจจบนของรายรบ (PVin) หาไดจากสมการ (2.3) โดย r = 0PVin = 150i� 0 "1� �1 + 01 + i�20#แกสมการหา i ไดเพราะ PVin = PVout = 15001i "1� � 11 + i�20# = 10=) i = 0:078ถา i = 0.08 มลคาปจจบนของรายรบจะมคานอยกวา 1500 ลานบาทซงทำใหมลคาปจจบนสทธตดลบและโรงไฟฟาไมคมคา

2.2 เสนโคงภาระ

โรงไฟฟาแตละโรงตองใชเงนลงทนจำนวนมากในการสรางและเดนเครอง การสรางโรงไฟฟาเปนกระบวนการทซบซอน ใชเงนลงทนมากและใชเวลานาน ดงนนการวางแผนลวงหนาจง เปนเรองสำคญ ถาความตองการใช ไฟฟาในประเทศเพม ขนเกนความคาดหมาย โรงไฟฟาอาจถกสรางขนไมทนผลตไฟฟาเพอรองรบความตองการและ


ทำใหเกดสภาวะขาดแคลนไฟฟาอนจะนำไปสความสญเสยทใหญหลวงตอระบบเศรษฐ-กจของประเทศได ในทางกลบกนการคาดหมายวาเศรษฐกจจะเตบโตเกนความเปนจรงจะนำไปสการสรางโรงไฟฟามากเกนไป ซงจะสงผลใหโรงไฟฟาหลายโรงไมสามารถเดนเครองเตมทและตองผลตไฟฟาทมตนทนสง

นกวางแผนจะพยายามคาดคะเนความตองการไฟฟาในอนาคตเพอวางแผนสรางโรงไฟฟาขนมารองรบความตองการไดทนทวงท ขอมลทใชในการคาดคะเนไดมาจากหลายแหลงขอมล แตขอมลทมอทธพลมากทสดคอ ขอมลความตองการใชไฟฟาในอดตและปจจบน เพราะขอมลนจะใชวเคราะหแนวโนมความตองการใชไฟฟาในอนาคตไดเปนอยางดเมอใชประกอบกบขอมลอนๆ ขอมลความตองการใชไฟฟามกจะถกนำเสนอในรปของ เสนโคงภาระ (load curve) สมมตวาพลงไฟฟาทเมองหนงตองการใชมคาคงทในแตละเดอนแตจะมคาเปลยนไปทกเดอน รปท 2.1 แสดงกราฟแทงซงความสงของแตละแทงแปรผนตามพลงไฟฟา ในความเปนจรงพลงไฟฟาทเมองนตองการใชจะมคาเปลยนไปตลอดเวลา กราฟระหวางความตองการไฟฟากบเวลาจงเปนเสนโคงในรปท 2.1เนองจากพลงไฟฟาอาจไดจากโรงไฟฟาแหงใดแหงหนง พลงไฟฟานจงเปนภาระ (load)ของโรงไฟฟา เสนโคงในรปท 2.1 จงเรยกวา เสนโคงภาระ (load curve) โดยทวไปเสนโคงภาระเปนกราฟระหวางพลงไฟฟากบเวลาโดยชวงเวลาอาจเปน 1 ชวโมง 1 วนหรอ 1 เดอนกไดแลวแตวตถประสงคของการเขยนเสนโคงภาระ

รปท 2.1: ตวอยางเสนโคงภาระในชวงเวลา 12 เดอน

สงทนาสงเกตเกยวกบเสนโคงภาระคอ ความไมคงทของความตองการไฟฟา ซงสงนเปนธรรมชาตของความตองการไฟฟา กลาวคอ ความตองการไฟฟาในชวงกลางวนยอมมากกวาชวงกลางคนเพราะการดำเนนกจกรรมตาง ๆ ทใชไฟฟาเกดขนในชวงกลางวนมากกวากลางคน และความตองการไฟฟาในชวงหนารอนอาจมากกวาชวงหนาหนาว


เพราะมการใชเครองปรบอากาศในหนารอนมากกวาหนาหนาว แฟกเตอรสองคาทใชวดความไมคงทของความตองการไฟฟาคอ ภาระสงสด (peak load) และแฟกเตอรภาระ(load factor)

ไฟฟาเปนพลงงานรปหนง ระบบพลงไฟฟาจงตองอยในสภาวะสมดลตามรปท 2.2กลาวคอ พลงไฟฟาทผลตได ณ เวลาหนงลบดวยพลงงานไฟฟาทสญเสยไปจะตองเทากบพลงไฟฟาทถกใช ณ เวลานนบวกพลงไฟฟาทถกเกบสะสม ณ เวลาเดยวกน โดยทวไประบบสะสมพลงไฟฟาไมเปนทนยมเนองจากไมมความคมคาเชงเศรษฐศาสตร ดง-นน พลงไฟฟาทผลตไดจะตองมากกวาพลงไฟฟาทตองการใชเสมอ เมอใดกตามทความตองการใชไฟฟามากกวาความสามารถในการผลตไฟฟา ระบบพลงไฟฟาจะเกดปญหาไฟฟาดบ (blackout) ซงอาจสงผลเสยตอเศรษฐกจของประเทศอยางรนแรง ดงนนในทางทฤษฎพลงไฟฟารวมของระบบจะตองมากกวาภาระสงสดซงกคอ คาสงสดของเสนโคงภาระ นอกจากนโรงไฟฟาอาจตองปดซอมเปนระยะๆ ดงนนในทางปฏบตพลงไฟฟารวมของระบบควรมากกวาภาระสงสด 15-20% เพอความมนใจวาระบบพลงไฟฟาจะสา-มารถรองรบภาระสงสดไดตลอดเวลา อยางไรกตามพลงไฟฟารวมของระบบทมากเกนความจำเปนจะทำใหตนทนการผลตไฟฟาสงเกนไป

รปท 2.2: สมดลระบบพลงไฟฟา

ภาระสงสดในรปท 2.1 มคาประมาณ 93 MW และเกดขนในเดอนท 7 สำหรบประเทศไทย ภาระสงสดจะเกดขนในชวงทอากาศรอนทสดซงตามปกตจะอยระหวางมนาคมถงพฤษภาคม ตารางท 2.1 เปรยบเทยบภาระสงสดของประเทศไทยกบกำลงการผลตไฟฟารวมของประเทศซงเปนผลรวมของกำลงการผลตไฟฟาของโรงไฟฟาทกโรงในประเทศระหวางป พ.ศ. 2540-2550 จะเหนวาภาระสงสดเพมขนอยางตอเนองทกปยก-เวนบางปทเกดวกฤตเศรษฐกจ ดงนนจงมความจำเปนตองขยายกำลงการผลตไฟฟาของประเทศไทยดวยการสรางโรงไฟฟาเพมทกปซงทำใหการคาดการณภาระสงสดมความสำคญตอการวางแผนสรางโรงไฟฟาเพอใหมกำลงการผลตไฟฟาทพอเหมาะ

พนทภายใตเสนโคงภาระคอ พลงงานไฟฟาทถกใชไปในชวงเวลาทพจารณา ถา


ตารางท 2.1: ภาระสงสดและกำลงการผลตไฟฟารวมของประเทศไทยระหวางป พ.ศ.2540-2550

ป พ.ศ. ภาระสงสด (MW) กำลงการผลตไฟฟารวม (MW)2540 14506.3 16966.92541 14179.9 17921.02542 15232.9 19109.42543 15912.1 22741.72544 16126.4 22004.82545 16681.1 23754.82546 18212.4 25647.02547 19325.8 25969.02548 20537.5 25810.22549 21064.0 27107.22550 22586.1 28530.3

แกนตงมหนวยเปน kW แกนนอนมหนวยเปนชวโมงพนทภายใตเสนโคงภาระจะมหนวยเปน kW.h หรอ 1 หนวยไฟฟา ภาระเฉลย (average load) คำนวณจากพนทใตเสนโคงภาระหารดวยชวงเวลา อตราสวนของภาระเฉลย (Pave) ตอภาระสงสด (Pmax)คอ แฟกเตอรภาระ (LF) LF = PavePmax (2.6)

ถาแฟกเตอรภาระมคานอย ชวงเวลาทความตองการไฟฟาสงสดจะเปนชวงสน ๆ ในขณะทความตองการไฟฟาในชวงเวลาอนจะนอยกวาความตองการไฟฟาสงสดมาก ดง-นนโรงไฟฟาทสรางขนมาเพอตอบสนองความตองการไฟฟาสงสดจะเดนเครองไมเตมทในชวงเวลาสวนใหญ ในทางกลบกน แฟกเตอรภาระทมากหมายความวา โรงไฟฟาเดนเครองเกอบเตมทตลอดเวลา

ในกรณทความตองการไฟฟาทมเสนโคงภาระตามรปท 2.1 ไดรบพลงงานไฟฟาจากโรงไฟฟาเพยงหนงโรง เสนโคงภาระของโรงไฟฟานนกจะเปนเสนโคงเดยวกนกบในรปท 2.1 แตถามโรงไฟฟามากกวาหนงโรงจายไฟฟาใหอาณาเขตดงกลาว เสนโคงภาระของโรงไฟฟาแตละโรงจะมลกษณะแตกตางจากรปท 2.1 โดยขนกบการเลอกใชงานโรงไฟฟาแตละโรง โรงไฟฟาแตละโรงไดรบการออกแบบใหมกำลงการผลตไฟฟาสงสด (rat-ed capacity) คาหนง อตราสวนระหวางพลงไฟฟาเฉลยทโรงไฟฟาผลตในชวงเวลาหนง


กบกำลงการผลตไฟฟาสงสดเรยกวาแฟกเตอรความสามารถ (capacity factor)CF = PavePrated (2.7)

เปนทนาสงเกตวา Pave ในสมการ (2.7) หมายถงพลงไฟฟาเฉลยของโรงไฟฟาซงอาจไมเทากบพลงไฟฟาเฉลยของความตองการไฟฟาในระบบนอกจากน Prated กไมจำเปนตองเทากบ Pmax ในสมการ (2.6) ดงนนแฟกเตอรภาระของทงระบบอาจไมเทากบแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาทจายไฟใหระบบในกรณทมโรงไฟฟาหลายแหงจายไฟใหระบบ อยางไรกตามในกรณทมโรงไฟฟาเพยงแหงเดยวจายไฟใหระบบ เสนโคงภาระของระบบและโรงไฟฟาจะเปนเสนโคงเดยวกน ดงนน Pave ในสมการ (2.6) และ(2.7) จงมคาเทากนซงทำให CF = LF:PmaxPrated (2.8)

ตวอยาง เมองหนงตองการไฟฟาภายในชวงเวลาหนงวนตามตารางขางลางน

เวลา (h) 0-6 6-10 10-12 12-16 16-20 20-22 22-24ภาระ (MW) 30 70 90 60 100 80 60

ก. จงวาดเสนโคงภาระของในชวงเวลาดงกลาวและหาแฟกเตอรภาระของระบบข. ถามโรงไฟฟาเพยงแหงเดยวจายไฟฟาใหระบบโดยทกำลงการผลตไฟฟาสงสด

ของโรงไฟฟาเทากบ 100 MW จงหาแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาแหงนค. ถามโรงไฟฟาสองแหงทจายไฟใหระบบโดยโรงไฟฟาแหงแรกมกำลงการผลต

ไฟฟาสงสดของโรงไฟฟาเทากบ 70 MW และจายไฟใหระบบไมเกน 70 MW ตลอด24 ชวโมงในขณะทโรงไฟฟาแหงทสองมกำลงการผลตไฟฟาสงสดเทากบ 30 MW และจายไฟใหระบบเมอความตองการไฟฟาเกน 70 MW จงหาแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาทงสองแหง

วธทำรปท 2.3 แสดงเสนโคงภาระของระบบ แฟกเตอรภาระของระบบคำนวณไดดงนPave = 30� 6 + 70� 4 + 90� 2 + 60� 4 + 100� 4 + 80� 2 + 60� 224= 65 MW

LF = 65100 = 0:65


รปท 2.3: เสนโคงภาระในปญหาตวอยาง

ในกรณทมโรงไฟฟาแหงเดยวจายไฟใหระบบ CF = LF เนองจาก Pave ของโรงไฟฟาและของระบบมคาเทากนและ Prated = Pmax = 100 MW

ในกรณทมโรงไฟฟาสองแหงจายไฟใหระบบ เสนโคงภาระของระบบแบงเปนสองสวน สวนแรกอยใตเสนประในรปท 2.3 จายไฟโดยโรงไฟฟาแหงแรก สวนทสองอยเหนอเสนประจายไฟโดยโรงไฟฟาแหงทสอง แฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาแหงแรกคำนวณไดดงนPave;1 = 30� 6 + 70� 6 + 60� 4 + 70� 6 + 60� 224= 57:5 MWCF1 = 57:570 = 0:82โรงไฟฟาแหงทสองเดนเครองเมอความตองการไฟฟาสงกวา 70 MW และนบเวลาเดนเครองเปน 24 h เชนกนแมวาบางชวงเวลาจะไมไดผลตไฟฟากตาม ดงนนPave;2 = 20� 2 + 30� 4 + 10� 224= 7:5 MWCF2 = 7:530 = 0:25

2.3 ตนทนการผลตไฟฟา 19

2.3 ตนทนการผลตไฟฟา

ไฟฟากเหมอนกบสนคาทวไปทตองมตนทนการผลต ตนทนของคาไฟฟามาจากคาใชจายในการผลตไฟฟาของโรงไฟฟา ตนทนทแปรผนตามพลงงานไฟฟาทโรงไฟฟาผลตไดเรยกวาตนทนผนแปร (variable cost) สวนตนทนทไมขนอยกบพลงงานไฟฟาทผลตไดเรยกวาตนทนคงท (fixed cost) ตนทนคงทตอหนวยไฟฟาทผลตโดยโรงไฟฟาจะมคาลดลงเมอโรงไฟฟาผลตไฟฟามากขน ในทางตรงขามตนทนผนแปรตอหนวยไฟฟาจะมคาคงทเนองจากพลงงานไฟฟาทผลตโดยโรงไฟฟาแปรผนตามแฟกเตอรความสา-มารถ ดงนนกราฟระหวางตนทนคงทตอหนวยไฟฟาและตนทนผนแปรตอหนวยไฟฟากบแฟกเตอรความสามารถจงมลกษณะตามรปท 2.4 โปรดสงเกตวาตนทนรวมตอหนวยไฟฟาซงเปนผลรวมของตนทนไมผนแปรตอหนวยไฟฟาและตนทนผนแปรตอหนวยไฟฟามคาลดลงเมอแฟกเตอรภาระเพมขน

รปท 2.4: ความสมพนธระหวางตนทนตอหนวยไฟฟากบแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟา

กราฟระหวางตนทนตอหนวยไฟฟากบแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาแตละประเภทแตกตางกนเนองจากโครงสรางของตนทนการผลตไฟฟา ทแตกตางกน โครงสรางของตนทนการผลตไฟฟาแบงเปน คาเชอเพลง (fuel cost) คาดำเนนการและบำรงรกษา (operation and maintenance cost) และคากอสราง (construction cost)

2.3.1 คาเชอเพลง

คาเชอเพลงจดเปนคาใชจายผนแปร คาเชอเพลงเปนคาใชจายหลกของโรงไฟฟาดเซล โรงไฟฟาพลงความรอนและโรงไฟฟากงหนกาซเนองจากเชอเพลงฟอสซลของโรง


ไฟฟามราคาแพง โรงไฟฟานวเคลยรมคาเชอเพลงทถกกวา โรงไฟฟาพลงนำไมมคาเชอเพลงเลยเพราะนำจากเขอนเปนของฟร

คาเชอเพลงตอหนวยไฟฟา ( f ) คำนวณจากคาเชอเพลงทใชผลตไฟฟา (Cf ) หารดวยพลงงานไฟฟาทผลตได (E) ถาหนวยของ E คอ kJ แตหนวยของ f คอ บาทตอหนวยไฟฟา (kW.h) สตรของ f คอ f = 3600CfE (2.9)

สมมตวาโรงไฟฟามประสทธภาพ � ปรมาณไฟฟาทผลตไดในหนงปคอE = �:Q (2.10)

โดยท Q คอปรมาณความรอนรวมทใชในการผลตไฟฟาซงมคาเทากบผลคณของคาความรอนของเชอเพลง (HHV) ซงมหนวยเปน kJ/kg และปรมาณเชอเพลงทใช (mf )ซงมหนวยเปน บาท/kg Q = mf :HHV (2.11)

ตามปกตราคาเชอเพลง (Ff ) มหนวยเปนบาทตอกโลกรม ดงนนCf = mf :Ff (2.12)

แทนคา E และ Cf ในสมการ (2.9) f = 3600Ff�:HHV (2.13)

ตวอยาง วศวกรออกแบบโรงไฟฟาแหงหนงพจารณาจดซอถานหนจาก 4 ประ-เทศคอ จน ออสเตรเลย อนโดนเซยและไทยซงมราคา 1000, 1500, 1300 และ 1100บาทตอตนตามลำดบ ถานหนจากทง 4 ประเทศมคาความรอนเทากบ 20, 22, 18และ 15 MJ/kg ตามลำดบ อยากทราบวาการผลตไฟฟาโดยใชถานหนจากประเทศใดมคาเชอเพลงถกทสด

วธทำสมมตวาประสทธภาพของโรงไฟฟาไม ขนกบชนดของถานหน สมการ (2.12)

แสดงใหเหนวา f แปรผนตาม Ff=HHV ตารางขางลางเปรยบเทยบ Ff=HHV ของ


ถานหนจาก 4 ประเทศ

ประเทศ Ff (บาท/kg) HHV (MJ/kg) Ff=HHV (บาท/MJ)จน 1.0 20 0.050

ออสเตรเลย 1.5 22 0.068อนโดนเซย 1.3 18 0.072

ไทย 1.1 15 0.073

เพราะฉะนนการผลตไฟฟาโดยใชถานหนจากประเทศจนมคาเชอเพลงถกทสด

ตวอยาง โรงไฟฟาขนาด 800 MW แหงหนงมประสทธภาพ 38% และแฟกเตอรความสามารถ 82% โรงไฟฟาแหงนใชถานหนทมคาความรอน 20000 kJ/kg ถาตองการใหคาเชอเพลงไมเกน 0.5 บาทตอหนวย อยากทราบวาถานหนตองมราคาไมเกนเทาไร

วธทำFf คำนวณจากสมการ (2.13)Ff = f :�:HHV3600= 0:5� 0:38� 200003600= 1:06 บาท/kg

เปนทนาสงเกตวาคาเชอเพลงไมขนกบขนาดของโรงไฟฟาและแฟกเตอรความสามารถ

2.3.2 คาดำเนนการและบำรงรกษา

คาดำเนนการและบำรงรกษาประกอบดวยคาแรงงานในการเดนเครองและบำรงรกษาโรงไฟฟา คาแรงงานสวนใหญเปนคาจางบคลากรของโรงไฟฟาซงไดแก ชางเทคนควศวกร เจาหนาทสำนกงาน ผบรหาร เปนตน นอกจากนคาดำเนนการและบำรงรกษายงรวมถงคาอะไหล คาวสดซอมบำรง คานำ คาวสดในสำนกงานและคาใชจายอน ๆ คาดำเนนการและบำรงรกษามบางสวนเปนคาใชจายคงทและบางสวนเปนคาใชจายผนแปรโรงไฟฟาพลงความรอนมกคาดำเนนการและบำรงรกษาสงเมอเทยบกบโรงไฟฟาพลงนำและโรงไฟฟาดเซล


คาดำเนนการและบำรงรกษาตอหนวยไฟฟามคาเทากบ om = ComE (2.14)

โดยท Com คอ คาดำเนนการและบำรงรกษาของโรงไฟฟาตลอดชวงเวลาหนงปและ E ทจำนวนหนวยไฟฟาทโรงไฟฟาผลตไดในหนงป สมมตวาโรงไฟฟาเดนเครอง 8760 ชวโมงตอป ปรมาณไฟฟาทผลตไดในหนงปคอE = 8760Pave (2.15)

โดยท Pave คำนวณจากสมการ (2.7) ถาทราบแฟกเตอรความสามารถและกำลงการผลตไฟฟาสงสดของโรงไฟฟา ดงนนสมการ (2.14) กลายเปน om = Com8760:CF:Prated (2.16)

ตวอยาง โรงไฟฟาขนาด 600 MW มคาดำเนนการและบำรงรกษารวม 500 ลานบาทตอป ถาแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาเทากบ 35% จงหาคาดำเนนการและบำรงรกษาตอหนวยไฟฟา

วธทำ om = 500� 1068760� 0:35� 600� 103= 0:27 บาท/kW.h

2.3.3 คากอสราง

คากอสรางหมายถง คาใชจายในการออกแบบและวางแผน คาทดน คาปรบปรงทดนเพอกอสราง คาสงปลกสราง คาเครองจกร คาทดสอบเดนเครองโรงไฟฟาหลงสรางเสรจใหมๆ และคาควบคมงานกอสราง ในการวเคราะหเชงเศรษฐศาสตร คากอสรางประกอบดวย คาเสอมราคา (depreciation) คาตอกเบยในการกยมเงนเพอกอสรางโรงไฟฟา คาภาษ และคาประกนภย คาเสอมราคาหมายถงคาใชจายทสญเสยไปในแตละป


กบการเสอมสภาพของโรงไฟฟา เมอครบอายการใชงานของโรงไฟฟาซงอาจกนเวลา 30-40 ป โรงไฟฟาจะมราคานอยกวาเมอเรมเดนเครองใหม ราคาทเหลออยของโรงไฟฟาเรยกวา มลคาซาก (salvage value) ซงมกระบเปนเปอรเซนตของมลคาเรมตนของโรงไฟฟา ผลตางระหวางมลคาเรมตน (A) และมลคาซาก (G) เปนคาเสอมราคารวมของโรงไฟฟา คาเสอมราคา (D) หมายถงเงนทตองเกบออมไวในแตละปเพอชดเชยมลคาทสญเสยไปของโรงไฟฟา ถาโรงไฟฟามอายการใชงาน N ปการคำนวณคาเสอมราคามสองวธคอ

• วธเสนตรง (staight-line method) กำหนดใหคำนวณคาเสอมราคาดงนD = A�GN (2.17)

คาเสอมราคาในวธเสนตรงเปนเงนทนทเกบออมทกปแตไมมการนำเงนทนนไปลงทนเพอหา ดอกผล

• วธกองทนจม (sinking-fund method) กำหนดใหคำนวณคาเสอมราคาดงนD = (A�G)i(1 + i)N � 1 (2.18)

โดยท i คออตราสวนลดหรออตราดอกเบย คาเสอมราคาในวธกองทนจมเปนเงนทนทเกบออมทกปและมการนำเงนทนนไปลงทนเพอหาดอกผล

ในแตละปคาเสอมราคา คาตอกเบย คาภาษ และคาประกนภยมกระบเปนเปอร-เซนตของคากอสรางโรงไฟฟาเรยกวา อตราคาใชจายคงท (fixed-charge rate) ซงอาจจะเทากนหรอแตกตางกนในแตละปกได ถาคากอสรางโรงไฟฟาคอ C และอตราคาใชจายคงทคอ I คากอสรางตอหนวยไฟฟามคาดงน = IC 8760:CF:Prated (2.19)

โรงไฟฟาแตละประเภทจะมคากอสรางไมเทากน กลาวคอ โรงไฟฟานวเคลยรและโรงไฟฟาพลงนำมกมคากอสรางสง โรงไฟฟาพลงความรอนมคากอสรางนอยกวา ในขณะทโรงไฟฟากงหนกาซและโรงไฟฟาดเซลมคากอสรางตำ คากอสรางอาจคำนวณไดดงน C = F Prated (2.20)


โดยท F คอคากอสรางตอกำลงการผลตไฟฟา โดยทวไป F จะลดลงตามกำลงการผลตไฟฟาทเพมขน ดงนนในแงของการลงทน โรงไฟฟาขนาดใหญคมคากวาโรงไฟฟาขนาดเลกถาสามารถใชงานโรงไฟฟาไดเตมท

ตวอยาง โรงไฟฟาแหงหนงใชเงนลงทนกอสราง 65 ลานบาท โดยมอายการใชงาน 15 ป จงคำนวณหาจำนวนเงนทจะตองออมไวในแตละปเพอเปลยนอปกรณของโรงไฟฟาเมอสนสดอายการใชงาน กำหนดใหอตราดอกเบยเทากบ 5% และมลคาซากเทากบ 5 ลานบาท ใชวธเสนตรงในการคำนวณคาเสอมราคา

วธทำเนองจาก A = 65 ลานบาท G = 5 ลานบาทและ N = 15 ป ดงนนD = 65� 515= 4 ลานบาทตอป

ตวอยาง จงคำนวณคากอสรางตอหนวยไฟฟาของโรงไฟฟาขนาด 150 MW ทมคาลงทนกอสราง 20000 บาท/kW โดยกำหนดใหอตราดอกเบยและคาเสอมราคาเปน10% ของเงนลงทน โรงไฟฟาแหงนเปนโรงไฟฟาแหงเดยวทจายไฟใหระบบทมภาระสงสด 120 MW และแฟกเตอรภาระ 50%

วธทำคากอสรางรวมเทากบ 20000 � 150 � 103 = 3000 ลานบาท I = 0.1 สมการ

(2.8) สามารถใชหาคาแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาCF = 0:5� 120150= 0:4ดงนน = 0:1� 3000� 1068760� 0:4� 150� 103= 0:57 บาท/kW.h


2.3.4 การเปรยบเทยบตนทนการผลตไฟฟา

โรงไฟฟาแตละประเภทมโครงสรางตนทนการผลตไฟฟาทแตกตางกน เสนกราฟแตละเสนในรปท 2.5 แทนตนทนการผลตไฟฟาตอหนวยของโรงไฟฟาสามประเภท โรงไฟฟาประเภทท 1 มตนทนไมผนแปรสงแตตนทนผนแปรตำ ตวอยางของโรงไฟฟาประ-เภทท 1 คอ โรงไฟฟานวเคลยร โรงไฟฟาพลงความรอน และโรงไฟฟาพลงนำ โรงไฟฟาประเภทท 2 มตนทนไมผนแปรและตนทนผนแปรตำปานกลาง ตวอยางของโรงไฟฟาประเภทท 2 คอ โรงไฟฟาพลงความรอนทใชงานมานานและไดรบการบำรงรกษาอยางดแตกยงมประสทธภาพตำกวาโรงไฟฟาใหม โรงไฟฟาประเภทท 3 มตนทนไมผนแปรตำแตตนทนผนแปรสง ตวอยางของโรงไฟฟาประเภทท 3 คอ โรงไฟฟากงหนกาซและโรงไฟฟาดเซล จะเหนวาโรงไฟฟาประเภทท 1 เหมาะกบการเดนเครองเตมทหรอตลอดเวลา (แฟกเตอรความสามารถสง) โรงไฟฟาประเภทท 2 เหมาะกบการเดนเครองไมเตมทหรอเดนเครองในชวงเวลาทไมนานนก (แฟกเตอรความสามารถปานกลาง) และโรงไฟฟาประเภทท 3 เหมาะกบการเดนเครองเลกนอยหรอในชวงเวลาสนๆ (แฟกเตอรความสามารถตำ)

รปท 2.5: เปรยบเทยบตนทนการผลตไฟฟาของโรงไฟฟาสามประเภท

ถานำรปท 2.1 มาวาดใหมโดยเปลยนแกนนอนเปน % ของชวงเวลาและเรยงลำ-ดบคาความตองการใชไฟฟาจากมากไปหานอยจะไดเสนโคงการกระจายภาระ (load dis-tribution curve) ดงแสดงในรปท 2.6 เสนโคงนแสดงใหเหนวาภาระความตองการไฟฟาอาจแบงเปนสามสวน สวนแรกคอ ภาระหลก (base load) ซงมคาแฟกเตอรภาระสงสวนทสองคอ ภาระเสรม (intermediate load) ซงมคาแฟกเตอรภาระปานกลาง สวนทสามคอ ภาระสงสด (peak load) ซงมคาแฟกเตอรภาระตำ

ในกรณทมความตองการใชไฟฟาจากตามรปท 2.6 การเลอกใชโรงไฟฟาสามประ-เภทผลตไฟฟารวมกนจะสงผลใหตนทนรวมตอหนวยมคาตำสด กลาวคอ โรงไฟฟาประ-


รปท 2.6: เสนโคงการกระจายภาระ

เภทท 1 เหมาะกบการผลตไฟฟาสำหรบภาระสวนฐานเนองจากรปท 2.5 แสดงใหเหนวาตนทนการผลตไฟฟาของโรงไฟฟาประเภทท 1 มคาตำสดเมอแฟกเตอรภาระมคาสงในทำนองเดยวกนโรงไฟฟาประเภทท 2 เหมาะกบการผลตไฟฟาสำหรบภาระสวนกลางและโรงไฟฟาประเภทท 3 เหมาะกบการผลตไฟฟาสำหรบภาระสวนยอด โรงไฟฟาประ-เภทท 1, 2 และ 3 จงเรยกวาโรงไฟฟาภาระหลก โรงไฟฟาภาระเสรมและโรงไฟฟาภาระสงสดตามลำดบ ซงทงหนวยผลตไฟฟาทงสามหนวยควรมลกษณะดงน

• โรงไฟฟาภาระหลกควรใชเชอเพลงราคาถก มคาใชจายตำ และมประสทธภาพสงอยางไรกตามคากอสรางอาจแพงและใชเวลากอสรางนาน โรงไฟฟาแบบนมกเปนใชพลงความรอนทไดจากจากถานหน หรอเชอเพลงนวเคลยร

• โรงไฟฟาภาระเสรมควรมขนาดเลกกวาโรงไฟฟาหลก อาจเปนโรงไฟฟาเกาทเคยเปนโรงไฟฟาหลก ประสทธภาพของโรงไฟฟาภาระเสรมจะตำกวาของโรงไฟฟาภาระหลก นอกจากนคาใชจายจะสงกวาเนองจากความตองการการบำรงรกษาทมากกวา

• โรงไฟฟาภาระสงสดควรมคากอสรางตำ สรางเสรจเรว แตมกมคาเชอเพลงและคาใชจายสง ประสทธภาพของโรงไฟฟาภาระสงสดมกจะตำ แตมนสามารถตอบสนองความตองการไฟฟาไดเรว หนวยผลตไฟฟาแบบนมกทำงานดวยกงหนกาซโดยใชกาซธรรมชาต และเครองยนตดเซลโดยใชนำมนดเซล เปนทนาสงเกตวาเขอนมหนาทอนนอกเหนอจากผลตไฟฟา จงอาจไมเหมาะสมทจะใชโรงไฟฟาพลงนำเปนอาจใชเปนโรงไฟฟาภาระหลก แตอาจเหมาะสมทจะเปนใชโรงไฟฟาภาระสงสดมากกวาซงประเทศไทยกนยมใชโรงไฟฟาพลงนำเปนโรงไฟฟาภาระสงสด


2.3.5 อตราคาไฟฟา

ธรกจไฟฟาในประเทศไทยมลกษณะพเศษทเปนธรกจผกขาด แมวาการผลตไฟฟาโดยภาคเอกชนมสดสวนเพมขนในปจจบนเมอเทยบกบอดต แตการจำหนายไฟฟายงคงเปนธรกจทจำกดใหรฐวสาหกจสองแหงคอ การไฟฟานครหลวงและการไฟฟาสวนภมภาค การตงอตราคาไฟฟาโดยรฐวสาหกจทงสองแหงนมการควบคมโดยรฐบาลเพอใหบรรลวตถประสงคตอไปน

• เพอใหอตราคาไฟฟาสะทอนถงตนทนทางเศรษฐศาสตรมากทสด และเพอสงเสรมใหมการใชไฟฟาอยางมประสทธภาพ โดยเฉพาะสงเสรมใหมการใชไฟฟานอยลง ในชวงทมการใชไฟฟาสงสดของระบบไฟฟาซงจะชวยลดการลงทนในการผลตและการจดจำหนายไฟฟาไดในระยะยาว

• เพอใหการไฟฟาฝายผลต การไฟฟานครหลวงและการไฟฟาสวนภมภาคมฐานะการเงนทมนคง และสามารถขยายการดำเนนงานในอนาคต ไดอยางเพยงพอ

• เพอใหความเปนธรรมแกผใชไฟประเภทตาง ๆ มากขน โดยการลดการอดหนนคาไฟฟาจากผใชไฟกลมหนง โดยผใชไฟฟาอกกลม

• เพอใหการปรบอตราคาไฟฟามความคลองตว และเปนไปโดยอตโนมตสอดคลองกบราคาเชอเพลงทเปลยนแปลงไปตามสภาวะตลาดทมการแขงขนมากขน

วตถประสงคทงสประการทำใหโครงสรางอตราคาไฟฟาทใชในประเทศไทยคอนขางซบซอน ผอานทสนใจสามารถดรายละเอยดได ท เวบไซตของการไฟฟานครหลวง(http://www.mea.or.th) และการไฟฟาสวนภมภาค (http://www.pea.or.th) แตจะไมกลาวในทน อยางไรกตามเปนทนาสนใจวาโครงสรางอตราคาไฟฟามลกษณะดงตอไปน

• ผใชไฟฟาถกแบงเปนเจดประเภทคอ (1) บานอยอาศย (2) กจการขนาดเลก (3)กจการขนาดกลาง (4) กจการขนาดใหญ (5) กจการเฉพาะอยาง (หมายถงโรงแรมและหอพก) (6) สวนราชการและองคกรทไมแสวงหากำไร และ (7) การสบนำเพอการเกษตร อตราคาไฟฟาของผใชไฟฟาแตละประเภทอาจแตกตางกนได

• อตราคาไฟฟาเปนอตรากาวหนา กลาวคอผใชไฟฟาในปรมาณนอยจะเสยคาไฟฟาในอตราทตำกวาผใชไฟฟาในปรมาณมาก

• อตราคาไฟฟาแบงเปนสามสวนคอ คาพลงงานไฟฟา (energy charge) ซงเปนอตราคาไฟฟาตอหนวย (kW.h) และคาพลงไฟฟา (demand charge) ซงเปนอตราคาไฟฟาตอคาภาระเฉลยสงสดในชวงเวลา 15 นาท และคาบรการรายเดอน


คาพลงงานไฟฟาจะขนกบคาใชจายผนแปรของโรงไฟฟา ในขณะทคาพลงไฟฟาจะขนกบคาใชจายคงท

• เพอใหเปนไปตามกฎของอปสงคและอปทาน (supply and demand) คาพลงงานไฟฟาในชวงทมการใชไฟฟามาก (peak period) ถกกำหนดใหสงคาพลงงานไฟฟาในชวงทมการใชไฟฟานอย (off-peak period) ชวงเวลาทมการใชไฟฟามากอยระหวาง 9.00-22.00 น. ของวนจนทรถงวนศกร

• เพอสงเสรมใหใชไฟฟาอยางมประสทธภาพ ไดมการกำหนดอตราคาไฟฟาตามชวงเวลาการใช (time of use หรอ TOU) เปนทางเลอกสำหรบผใชไฟฟา อตราคาไฟฟาแบบบนจะชวยใหผใชไฟฟาทเปลยนเวลาใชไฟฟาจากชวงเวลาทมการใชไฟฟามากเปนชวงเวลาทมการใชไฟฟานอยโดยไมเปลยนปรมาณพลงงานไฟฟาทใช



1. ตนทนผลตไฟฟาอาจแบงเปน 3 สวน จงระบวามอะไรบาง

2. อธบายความหมายของตนทนคงท

3. โรงไฟฟาภาระหลกควรมลกษณะอยางไร

4. โรงไฟฟาประเภทใดในประเทศไทยทไมมตนทนดานเชอเพลงเลย

5. ทำไมโรงไฟฟาพลงความรอนจงไมเหมาะกบการใชเปนโรงไฟฟาภาระสงสด

6. ทำไมแฟกเตอรภาระตำ ๆ จงเปนสงทไมด

7. ทำไมโรงไฟฟาทวไปจงมหนวยผลตไฟฟาขนาดยอยหลายหนวยแทนทจะมหนวยผลตไฟฟาขนาดใหญเพยงหนวยเดยว

8. อธบายอตราคาไฟฟาตามชวงเวลาการใชหรอ TOU

9. คาเชอเพลงของโรงไฟฟาแหงหนงเทากบ 50 บาท/GJ ในปแรก คาเชอเพลงเพมขน 5% ทกปในปท 2 ถง 5 ถาอตราสวนลดเทากบ 5% จงหามลคาปจจบนของคาเชอเพลงในชวง 5 ป

10. โรงไฟฟาแหงหนงมคากอสราง 6000 ลานบาท หลงจากสรางเสรจโรงไฟฟาแหงนจะมกำไร 500 ลานบาทตอปเรมตงแตหนงปหลงจากสรางเสรจ ถาอายการใชงานของโรงไฟฟาคอ 30 ป จงหาอตราผลตอบแทนภายใน (internal return rate)

11. โรงไฟฟาแหงหนงมกำลงการผลต 800 MW และเปนโรงไฟฟาแหงเดยวทจายไฟฟาใหระบบทมภาระสงสด (peak load) เทากบ 750 MW ถาโรงไฟฟาเดนเครองปละ 8760 ชวโมงและผลตไฟฟาได 5 พนลานหนวย จงหาแฟกเตอรความสามารถ (capacity factor) ของโรงไฟฟา

12. โรงไฟฟาแหงหนงมประสทธภาพรวม 42% ใชเชอเพลงทมคาความรอน 22000kJ/kg โดยเชอเพลงมราคา 1500 บาทตอตน จงหาตนทนคาเชอเพลงตอหนวยไฟฟา

13. ตนทนคาดำเนนการและบำรงรกษาของโรงไฟฟาแหงหนงเทากบ 0.31 บาทตอหนวย โรงไฟฟาแหงนกำลงการผลต 700 MW เดนเครอง 8600 ชวโมงตอปและมแฟกเตอรความสามารถ 45% อยากทราบวา โรงไฟฟาแหงนตองจายคาดำเนน-การและบำรงรกษาเทาไรในหนงป


14. โรงไฟฟาแหงหนงใชเงนลงทนสราง 800 ลานบาทและมอายการใชงาน 20 ปจงคำนวณหาจำนวนเงนทตองออมในแตละปเพอเปลยนอปกรณเครองจกรของโรงไฟฟาเมอสนอายการใชงาน กำหนดใหอตราดอกเบยเทากบ 4% และมลคาซาก (salvage value) เทากบ 60 ลานบาท กำหนดใหใชวธคดคาเสอมราคาแบบกองทนจม (sinking-fund method)

15. โรงไฟฟาขนาด 450 MW แหงหนงมคากอสราง 18000 บาท/kW โรงไฟฟามกำหนดเดนเครอง 24 ชวโมงตอวนและ 365 วนตอป กำหนดใหอตราคาใชจายคงทเทากบ 9% จงคำนวณตนทนคากอสรางตอหนวยไฟฟาถาแฟกเตอรความสา-มารถของโรงไฟฟาคอ 37%

บทท 3

เชอเพลง

3.1 เชอเพลงแขง

เชอเพลงแขงเปนเชอเพลงหลกของโรงไฟฟาพลงความรอน เชอเพลงแขงมขอดคอมราคาถกเมอเทยบกบเชอเพลงเหลวและเชอเพลงกาซ แตมขอเสยคอ ตองการระบบเผาไหมทคอนขางซบซอนและกอใหเกดมลภาวะมากกวา เชอเพลงแขงเกอบทงหมดทใชในโรงไฟฟาพลงความรอนคอ ถานหน (coal) อยางไรกตามการเผาไหมถานหนทำใหเกดมลภาวะทางอากาศและสงผลเสยตอสภาวะโลกรอน ในปจจบนจงมความพยายามนำเชอเพลงชวมวล (biomass) มาเปนเชอเพลง แตเชอเพลงชวมวลทเหมาะสมมปรมาณไมมากนก การใชเชอเพลงชวมวลจงมแนวโนมจะจำกดอยในโรงไฟฟาขนาดเลกและขนาดกลาง

3.1.1 ถานหน

ถานหนเปนเชอเพลงฟอสซลทเกดจากการเปลยนแปลงทใชเวลาหลายลานปของซากพชภายใตภาวะความดนและอณหภมสง อายของถานหนเปนตวกำหนดสมบตของถานหน ถานหนตามแหลงตาง ๆ ในโลกจงมสมบตตางกนขนอยกบชนดของซากพชอาย และสภาพแวดลอมของแหลงทเกดถานหน ถานหนแบงออกไดเปน 4 ประเภทตามอายจากมากไปนอยคอ แอนทราไซต (Anthracite) บทมนส (Bituminous) ซบบทมนส(Sub-bituminous) และลกไนต (Lignite) ถานหนทพบในประเทศไทยคอ ลกไนตซงเปนถานหนเกรดตำทสด

32 เชอเพลง

การวเคราะหถานหน

คณภาพและราคาของถานหนถกกำหนดโดยสวนประกอบของถานหน การว-เคราะหถานหนคอ การหาสวนประกอบของถานหนและสดสวนของสวนประกอบเหลานน การวเคราะหมสองวธคอ การวเคราะหโดยประมาณ (proximate analysis) และการวเคราะหขนสดทาย (ultimate analysis)

การวเคราะหโดยประมาณคอ การหาสดสวนโดยมวลของสวนประกอบ 4 อยางของถานหนไดแก ความชน (moisture) สารระเหย (volatile matter) เถา (ash) และคารบอนอสระ (free carbon) รปท 3.1 แสดงขนตอนวธการวเคราะหโดยประมาณ ขนตอนแรกคอ เลอกตวอยางถานหนในปรมาณทพอเหมาะกบการทดสอบ ถานหนนจะถกนำไปหามวลเรมตน (mi) หลงจากนนถานหนจะถกอบแหงแลวจงหามวลทเหลอของถานหนแหง มวลทหายไปคอ มวลของความชน (mM ) ถานหนแหงจะถกนำไปอบในสภาวะทมอณหภมสงและปราศจากอากาศเพอไลสาระเหยออกไป ผลทไดคอ ถานโคก(coke) ผลตางระหวางมวลของถานหนแหงกบถานโคกคอ มวลของสารระเหย (mVM )เมอนำถานโคกไปเผาไหมโดยสมบรณกจะเหลอเพยงเถาซงมมวล mA ขนตอนสดทายคอ คำนวณมวลของคารบอนอสระ (mFC) จากผลตางระหวางมวลของถานหนเรมตนกบผลรวมของมวลของความชน สารระเหยและเถา สดสวนโดยมวลของสวนประกอบของถานหนคอ มวลของสวนประกอบหารดวยมวลของถานหน ดงนxFC = mFCmi ; xVM = mV Mmi ; xM = mMmi ; xA = mAmi (3.1)

รปท 3.1: ขนตอนวธการวเคราะหโดยประมาณ

3.1 เชอเพลงแขง 33

ความชนเปนสงทบงบอกอายของถานหนไดดเพราะความชนลดลงตามอายถานหน ดงนนแอนทราไซตมความชนตำมากในขณะทลกไนตอาจมความชนสงถง 50%นอกจากความชนถานหนยงอาจมนำทมพนธะกบสารอน (bound water) ซงไมนบเปนความชนเพราะนำดงกลาวไมระเหยโดยงายเหมอนนำอสระ (free water) แตจะเหลอในถานหนแมวาถานหนจะอยในสภาพแหงสนท การกำจดนำทมพนธะกบสารอนตองใชความรอนทมากกวาการอบแหงถานหน ความชนเปนสาเหตหนงของการสญเสยพลงงานเนองจากเมอถานหนถกเผาไหม ความรอนบางสวนจะถกใชไปในการทำใหความชนกลายเปนไอนำอยางไรกตามความชนกมขอดทชวยทำใหการเผาไหมถานหนในปรมาณมาก เกดขนอยางทวถง (uniform burning) ในบางครงถาถานหนมความชนนอยเกนไป กอาจจะตองเพมความชนดวยกระบวนการเทมเพอรง (tempering process)

รปท 3.1 แสดงใหเหนวาสารระเหยคอ สารตาง ๆ ทถกกำจดออกจากถานหนแหงทไดรบความรอนทมอณหภมสงถง 954ÆC สารเหลานไดแกกาซนานาชนดทแทรกตวอยในชองวางภายในถานหนซงมทงกาซทตดไฟไดเชน CH4 และทตดไฟไมไดเชนCO2 นอกจากนนำทมพนธะกบสารอนกนบวาเปนสารระเหยเชนกนเพราะมนกจะถกกำจดออกจากถานหนเชนเดยวกบสารระเหยอน ถานหนทมสารระเหยมากคอถานหนทมความพรนสงซงทำใหมชองวางมากทกกเกบกาซ การมสารระเหยมากนบวาเปนประ-โยชนถาสารระเหยตดไฟไดเนองจากมนจะชวยใหถานหนตดไฟงายขน อยางไรกตามสารระเหย ทตดไฟได เปนสาเหต สำคญของการ เผาไหม ขนมา เอง (spontaneous com-bustion) ซงอาจเกดขนกบถานหนทอยระหวางการเกบเพอรอการเผาไหมในเตาเผา ถาอากาศมากพอและอณหภมสงพอสารระเหยในถานหนจะเผาไหมกบออกซเจนในอา-กาศได ปจจยทมผลตอการเผาไหมขนมาเองไดแก ประเภทของถานหน พนผวของกองถานหนทสมผสกบอากาศ อณหภมแวดลอมและลกษณะการกองถานหน

เถาเปนสารทไม เผาไหมและจะเหลอตกคางจากการเผาไหมถานหน สวนประ-กอบของเถาไดแก Al2O3, Fe2O3, CaO, P2O5 เปนตน เถาจะเปนตวลดคณภาพของถานหนเชนเดยวกบความชนและยงมผลกระทบอน ๆ เถาทมอณหภมเถาหลอมเหลว(ash fusion temperature) ตำ จะหลอมเหลวระหวางการ เผาไหมกลาย เปนสแลก(slag) ตกลงสดานลางของเตาเผาหรอไปเกาะตดพนผวของเตาเผา สวนเถาทมอณหภมเถาหลอมเหลวสงจะลอยไปกบกาซเสยทถกระบายสบรรยากาศ และกลายเปนมลภาวะทางอากาศ

คารบอนอสระหมายถงคารบอนทไมไดรวมกบธาตอนอยในรปของสารประกอบคารบอนอสระจงอยในสภาพทพรอมเผาไหม คารบอนอสระเปนสวนประกอบสำคญของถานหนเพราะคาความรอนสวนใหญของถานหนมาจากคารบอนอสระ ถานหนทมอายมากมสดสวนของคารบอนอสระสงและจดเปนถานหนคณภาพด ในทางตรงขามถานหนคณภาพตำมสดสวนของคารบอนอสระนอย


ตารางท 3.1 เปรยบเทยบสวนประกอบของถานหนทง 4 ประเภททไดจากการวเคราะหโดยประมาณ จะเหนวา สดสวนของความชนลดลงตามอายของถานหน ในขณะทสดสวนของคารบอนเพมขนตามอายของถานหน สดสวนของสารระเหยและเถาไมไดขนกบอายของถานหนเพยงอยางเดยว

ตารางท 3.1: สวนประกอบของถานหนจากการวเคราะหโดยประมาณ

ชนดของถานหน ความชน (%) เถา (%) สารระเหย (%) คารบอน (%)แอนทราไซต 4.3 9.6 5.1 81.0บทมนส 8.5 10.8 36.4 44.3ซบบทมนส 22.2 4.3 33.2 40.3ลกไนต 36.8 5.9 27.8 29.5

การวเคราะหขนสดทายใชหาสดสวนโดยมวลของคารบอน (C) ไฮโดรเจน (H)ออกซเจน (O) ไนโตรเจน (N) กำมะถน (S) ในถานหน ขอมลทไดจะมประโยชนมากในการวเคราะหการเผาไหมของถานหน อยางไรกตามวธนนบวาซบซอนมากกวาวธการวเคราะหโดยประมาณ ถานหนทนำมาวเคราะหเปนถานหนในสภาพแหงและไมมเถา(dry ash-free coal) ดงนนมวลของถานหนทนำมาวเคราะหจงเปนมวลของคารบอนอสระรวมกบมวลของสารระเหย m = mFC +mVM (3.2)

ผลการวเคราะหจะใหมวลของธาตทง 5 ธาตซงใชคำนวณสดสวนโดยมวลดงนxC = mCm ; xH = mHm ; xO = mOm ; xN = mNm ; xS = mSm (3.3)

ดงนนผลรวมของสดสวนโดยมวลของธาตทง 5 ธาตจงเทากบ 1 นอกจากนการรายงานผลการวเคราะหขนสดทายอาจระบสดสวนโดยมวลของความชนและเถาในสมการ (3.1)ซง mi ในสมการนนคอ มวลของถานหนในสภาพเดม (as-received coal) ทมทงความชนและเถา ผลตางระหวาง mi กบ m ซงเปนมวลถานหนในสภาพแหงและไมมเถาเทากบมวลของความชนและมวลของเถาmi �m = mM +mA (3.4)

ซงทำให m = mi(1� xM � xA) (3.5)


สดสวนโดยมวลของ C, H, O, N, S ในสมการ (3.3) ใชฐานทตางจากสดสวนโดยมวลของความชนและเถาในสมการ (3.1) อยางไรกตามสดสวนโดยมวลของ C, H, O, N, SสามารถแปลงใหอยในฐานเดยวกบสดสวนโดยมวลของความชนและเถาดงนxC;ar = xC(1� xM � xA) (3.6)

โดยท xC;ar = mCmi (3.7)

สมการของ xH;ar, xO;ar, xN;ar และ xS;ar คลายกบสมการขางตน

ตวอยาง การวเคราะหถานหนลกไนตในสภาพเดมใหผลดงน C 39.58%, H2.57%, O 9.70%, N 0.67%, S 0.49%, ความชน 33.54% และเถา 13.46% จงหาสดสวนโดยมวลของ C, H, O, N, S ของถานหนในสภาพแหงและไมมเถา

วธทำโจทยกำหนด xH;ar, xO;ar, xN;ar และ xS;ar มาให สมการ (3.6) ใชสดสวนโดย

มวลของถานหนในสภาพแหงและไมมเถาxC = xC;ar(1� xM � xA)= 0:3958(1� 0:3354� 0:1346)= 0:7468นอกจากน xH = 0.0485, xO = 0.1830, xN = 0.0126 และ xS = 0.0092

การทดสอบถานหน

ในการใชถานหนเปนเชอเพลงสำหรบโรงไฟฟา ขอมลเกยวกบสมบตของถานหนม ความจำ เปนสำหรบการ เลอกใช อปกรณการ เผาไหม อยาง เหมาะสมกบ อปกรณ ทเหมาะสมกบถานหนประเภทหนงอาจจะเกดปญหาในการทำงานไดถาใชงานกบถานหนอกประเภทหนง การทดสอบถานหนจะกระทำตามมาตรฐานสากลเพอกำหนดสมบตทสำคญของถานหนซงไดแก


• คาความรอน

การเผาไหมถานหนทำใหพลงงานเคมทสะสมในถานหนแปลงเปนพลงงานความรอน คาความรอนของถานหนหมายถง พลงงานความรอนทไดจากการเผาไหมถานหนหนงกโลกรม อปกรณวดคาความรอนคอ คาลอรมเตอร (calorimeter) คาความรอนเปนสมบตทสำคญของถานหนเพราะราคาถานหนขนกบคาความรอนสวนประกอบของถานหนททำใหถานหนมคาความรอนมากคอ คารบอน ไฮโดร-เจนและกำมะถน

• ความสามารถในการถกบด

ถานหนทใชในโรงไฟฟาพลงความรอนมกอยในสภาพบดละเอยดเพอพนเขาเตาเผาเพอเผาไหมกบอากาศเนองจากการเผาไหมสมบรณของถานหนทบดละเอยดเกดขนงายกวาถานหนกอนใหญ แตถานหนทโรงไฟฟาไดรบเปนถานหนกอนใหญซงตองผานการบดละเอยดกอนนำไปเผาไหมได ดงนนจงมจำเปนตองทราบวาถานหนบดละเอยดงายเพยงใด และตองใชพลงงานเทาไรในการบดถานหน-ความสามารถในการถกบด (grindability) เปนดรรชนทบงบอกความยากงายของถานหนในการถกบดใหเปนผง อปกรณทดสอบความสามารถในการถกบดทนยมใชคอ เครองฮารดโกรฟ (Hardgrove machine) ซงเปนเครองบดถานหนขนาดเลก ผลการทดสอบคอ ดรรชนฮารดโกรฟ (Hardgrove index) ตวเลขดรรชนสงหมายถงถานหนทบดงาย ปรมาณความชนและเถามผลตอความสามารถในการถกบดของถานหน โดยถานหนทมความชนและเถามากจะบดยาก

• ความสามารถในการทำใหสกกรอน

เครองบดถานหนอาจสกกรอนจากการขดขดของถานหนเมอใชงานไปไดระยะหนง ดรรชนฮารดโกรฟบงบอกความงายในการบดถานหนแตไมไดบอกวาถานหนจะทำใหเครองบดสกกรอนไดยากหรองายเพยงใด วธการทดสอบความสา-มารถในการทำใหสกกรอน (abrasivity) ของถานหนคอ การใชเครองบดซงทำดวยเหลกกลาคารบอน (carbon steel) บดถานหนในชวงเวลาทกำหนด มวลของเครองบดหลงการทดสอบจะนอยกวากอนการทดสอบ มวลทลดลงเกดการสกกรอนโดยถานหนและมวลทลดลงนใชกำหนดดรรชนการทำใหสกกรอนของถานหน

• การพองตว

ถานหนบางชนดจะรวมตวกนเปนกอนขณะเผาไหม ซงเปนอปสรรคตอการเผาไหม ทำใหตองเขยาถานหนใหมนแตกตว ถานหนชนดนจะมดรรชนการพองตว


(swelling index) สง ในทางตรงขามถานหนทมดรรชนการพองตวตำจะเผาไหมงายกวาเนองจากมนจะแตกตวขณะเผาไหม ถานหนชนดนสามารถเผาไหมบนตะกรบนง (stationary grate) ได การหาดรรชนการพองตวกระทำโดยใหความรอนในสภาวะไรอากาศแกตวอยางถานหนทตองการทดสอบจนมอณหภมประ-มาณ 800ÆC จากนนจงปลอยใหเยนตวลง รปทรงของถานโคกทไดจะนำไปเปรยบเทยบกบรปทรงมาตรฐานของถานหนทมดรรชนการพองตวระหวาง 1 ถง 9 เพอกำหนดคาดรรชนการพองตวของถานหนททดสอบ ในกรณทถานโคกไมจบตวกนเปนกอนแตแตกตวเปนผง ดรรชนการพองตวเทากบ 0 สมบตการพองตวของถานหนมความสำคญในกรณทอปกรณเผาไหมถานหนเปนแบบทเผาไหมถานหนบนตะกรบ อยางไรกตามในปจจบนอปกรณเผาไหมถานหนทใชในโรงไฟฟาสวนใหญเปนแบบทพนผงถานหนเขาในเตาเผา สมบตการพองตวของถานหนจงไมมความสำคญในโรงไฟฟาสวนใหญ

3.1.2 เชอเพลงชวมวล

เชอเพลงชวมวลหมายถงวสดเหลอทงทางการเกษตรหรอพชพลงงานทปลกขนมาเพอนำไปใชเปนเชอเพลง ในประเทศไทยเชอเพลงชวมวลเกอบทงหมดเปนอยางแรกพชเศรษฐกจหลายชนดในประเทศไทยเชน ขาว ออย ขาวโพด และมนสำปะหลง มการเพาะปลกในปรมาณมากจงมเศษวสดเหลอทงเปน แกลบ ชานออย ซงขาวโพด และเหงามนสำปะหลง ในปรมาณมากเชนกน ในอดตวสดเหลานนยมนำไปผลตปยหรอนำไปแปรรปเพอเพมมลคา แตกมปรมาณไมนอยทถกกำจดโดยการเผาทง ในปจจบนไดมความตระหนกวาวสดเหลอทงทางการเกษตรเหลานมศกยภาพทจะเปนเชอเพลงชวมวลสำหรบการผลตไฟฟาไดถามลคาของวสดในฐานะเชอเพลงชวมวลมคาสงเมอเทยบการใชประโยชนในดานอน

เชอเพลงชวมวลมขอดเมอเทยบกบถานหนคอ ราคาถกและมกำมะถนนอย สมบตทสำคญของเชอเพลงชวมวลคอ คาความรอนซงตำกวาถานหนมาก สาเหตหนงททำใหเชอเพลงชวมวลมคาความรอนตำคอ ความชน ตารางท 3.2 เปรยบเทยบคณสมบตของเชอเพลงชวมวลทสำคญในประเทศไทย (ขอมลจากมลนธพลงงานเพอสงแวดลอม)

เนองจากเชอเพลงชวมวลมคาความรอนตำจงจำเปนตองใชเชอเพลงชวมวลปร-มาณมากเพอผลตไฟฟา ความยงยากในการรวบรวมวสดเหลอทงทางการเกษตรเปนขอจำกดประการหนงของการใชเชอเพลงชวมวลสำหรบการผลตไฟฟา นเปนเหตผลสำคญทโรงไฟฟาชวมวลมกมขนาดเลกและตงอยใกลโรงงานแปรรปผลตภณฑทางการเกษตรตวอยางโรงไฟฟาทใชแกลบเปนเชอเพลงมกอยภายในโรงสขาว และโรงไฟฟาทใชชานออยเปนเชอเพลงมกอยภายในโรงงานนำตาล


ตารางท 3.2: คณสมบตของเชอเพลงชวมวลทสำคญ

ความชน เถา สารระเหย คารบอน คาความรอน(%) (%) (%) (%) (kJ/kg)

แกลบ 12.00 12.65 56.46 18.88 14,755ฟางขาว 10.00 10.39 60.70 18.90 13,650ชานออย 50.73 1.43 41.98 5.86 9,243ซงขาวโพด 40.00 0.90 45.42 13.68 11,298เหงามนสมปะหลง 59.40 1.50 31.00 8.10 7,451

3.2 เชอเพลงเหลว

เชอเพลงเหลวทใชในโรงไฟฟามทมาจากนำมนดบซงเปนเชอเพลงฟอสซลทเกดจากซากสตวทะเลโบราณ สวนประกอบโดยประมาณของนำมนดบคอ C 84-89%, H12-14%, O 2-3% และ N 0-1% และ S 0-3% โดยสดสวนจะเปลยนแปลงไปตามแหลงทมาของนำมนดบ กระบวนการทใชกลนนำมนดบคอ กระบวนการกลนแบบแยกสวน (fractional distillation process) ซงเปนกระบวนการทอาศยจดเดอดทตางกนของสารประกอบไฮโดรคารบอนตาง ๆ ในนำมนดบ กระบวนการกลนดงกลาวและกระบวนการทางเคมหลงการกลนจะทำใหไดผลผลตเปนกาซปโตรเลยมเหลว (liquidified petro-leum gas หรอ LPG) นำมนเบนซน (gasoline) นำมนกาด (kerosene) นำมนดเซล(diesel) และนำมนเตา (fuel oil) ตามลำดบจดเดอดทเพมขน เชอเพลงเหลวทสำคญตอโรงไฟฟาคอ นำมนเตาและนำมนดเซล

3.2.1 นำมนเตา

ในบรรดาผลผลตทไดจากการกลนนำมนดบ นำมนเตานบวาเปนเชอเพลงทเหมาะสมกบโรงไฟฟาเนองจากมราคาถกกวานำมนชนดอน ๆ และคาความรอนของนำมนเตาอยระหวาง 40705 ถง 45520 kJ/kg โดยประมาณซงนบวาไมตำเกนไปนก นำมนเตาแบงเปนนำมนเตาเบอร 1, เบอร 2, เบอร 4, เบอร 5 และเบอร 6 (นำมนเตาเบอร 3เลกใชแลว) โดยมจดเดอดและความหนดทเพมขนตามลำดบ

ถาเปรยบเทยบกบถานหน นำมนเตาเผาไหมงายกวา อปกรณเผาไหมนำมนเตาจงมความซบซอนนอยกวาอปกรณเผาไหมถานหน อยางไรกตามถาเปรยบเทยบราคาเชอเพลงตอหนงหนวยคาความรอน จะพบวานำมนเตามราคาแพงกวาถานหน

3.2 เชอเพลงเหลว 39

3.2.2 นำมนดเซล

นำมนดเซลนอกจากจะเปนเชอเพลงหลกสำหรบยานยนตนานาชนดแลวยงเปนเชอเพลงสำหรบผลตไฟฟาดวย เครองยนตดเซลสำหรบผลตไฟฟาเปนเครองยนตเผาไหมภายในทมขนาดใหญและอยกบท นำมนดเซลมคาความรอนสงกวาและมราคาแพงกวานำมนเตาจงไมนยมใชในโรงไฟฟาพลงความรอนซงเปนโรงไฟฟาภาระหลก นำมนดเซลเหมาะกบการใชงานในโรงไฟฟาดเซลซงมขนาดเลกและกำลงผลตตำ โรงไฟฟาดเซลเปนโรงไฟฟาภาระสงสดซงจะเดนเครองในกรณฉกเฉนหรอกรณทความตองการไฟฟาของระบบสงกวาความสามารถผลตไฟฟาของโรงไฟฟาภาระหลกและโรงไฟฟาภาระเสรม

นำมนดเซลทใชในโรงไฟฟากอใหเกดปญหาคลายกบนำมนดเซลทใชในยานยนตคอ มลภาวะทางอากาศจากกาซไนโตรเจนออกไซดและฝนละออง วธหนงทสามารถลดมลภาวะทางอากาศไดคอ การผสมนำมนดเซลกบนำโดยอตราสวนอยทนำมนดเซล 80%และนำ 20% โดยประมาณ ตามปกตนำจะแยกตวออกจากนำมน แตถามการเตมสารบางอยางเขาไปนำกบนำมนดเซลจะผสมเปนเนอเดยวกนเรยกวานำมนดเซลอมลชน (emul-sified diesel) เนองจากนำมสดสวนนอยกวานำมนดเซล นำจะกระจายตวในนำมนดเซลในรปของหยดนำเลก ๆ สารทเตมเขาไปจะทำหนาทเคลอบหยดนำเหลานเพอปองกนไมใหหยดนำมารวมตวกนและแยกตวออกจากนำมนดเซล นำมนดเซลอมลชนใชเปนเชอเพลงสำหรบโรงไฟฟาพลงความรอนหรอโรงไฟฟากงหนกาซกได อปกรณเผาไหมคลายกบของนำมนดเซลซงจะตองพนนำมนดเซลอมลชนเปนละอองเขาไปในหองเผาไหม อยางไรกตามสงทตองคำนงถงเมอใชนำมนดเซลอมลชนคอ คาความรอนทตำกวาของนำมนดเซล

3.2.3 สมบตของเชอเพลงเหลว

เชอเพลงเหลวมราคาแพงกวาเชอเพลงแขงเนองจากใชพนทเกบนอยกวา สะดวกตอการขนสงและมคาความรอนสงกวา อยางไรกตามราคาของเชอเพลงเหลวอาจไมไดขนกบคาความรอนเพยงอยางเดยว สมบตอนทสำคญของเชอเพลงเหลวทบงบอกถงคณภาพและสงผลตอราคาไดแก

• ความถวงจำเพาะ

ความถวงจำเพาะ (specific gravity) ของเชอเพลงเหลวคำนวณไดจากอตราสวนระหวางความหนาแนนของเชอเพลงเหลวกบความหนาแนนของนำs = ความหนาแนนของเชอเพลงเหลวทอณหภม 15.6ÆC

ความหนาแนนของนำทอณหภม 15.6ÆC


การแสดงคาความ ถวงจำเพาะอาจแสดงได โดยใชมาตรฐาน API (AmericanPetroleum Institute) ซงมหนวยเปน ÆAPI ความสมพนธระหวาง s และ ÆAPIเปนดงน s = 141:5131:5 + ÆAPI

• ความหนดความหนด (viscosity) เปนสมบตทสำคญของเชอเพลงเหลว ถาเชอเพลงเหลวมความหนดสงเกนไปมนจะแตกตวเปนละอองยากและจะไมสามารถเผาไหมอยางสมบรณ ในการวดความหนดตามมาตรฐาน ASTM Standard D445 ซงใชหนวยวดความหนดเปนเซนตสโตก (centistoke) จะทำการจบเวลาทของไหลปรมาตรหนงไหลดวยนำหนกตวเองผานเครองมอวดความหนด (viscometer) ภายใตสภาวะทควบคมอณหภม ความหนดของเชอเพลงเหลวเปนปจจยหนงทกำหนดวาควรจะอนเชอเพลงเหลวจนมอณหภมเทาไรจงจะทำใหเชอเพลงเหลวไหลอยางสะดวก โดยทวไปเชอเพลงเหลวทมคาความถวงจำเพาะสงจะมความหนดสง สวนเชอเพลงเหลวทมคาความถวงจำเพาะตำจะมความหนดตำและจะเผาไหมงายกวา

• จดไหลจดไหล (pour point) คออณหภมตำสดทเชอเพลงเหลวจะไหลได ประเทศไทยมอากาศรอนจงไมมปญหาเรองเชอเพลงเหลวไหลยาก แตในประเทศทมอากาศหนาวจดไหลเปนสมบตของเชอเพลงเหลวทสำคญเพราะถาอณหภมของเชอเพลงเหลวตำกวาจดไหล เชอเพลงเหลวจะไหลยากซงอาจสงผลใหระบบสงเชอเพลงเหลวอดตน ในกรณนถงเกบเชอเพลงเหลวจงจำเปนตองมเครองอนตดตงอยดวยเพอรกษาอณหภมของเชอเพลงเหลวใหสงกวาจดไหล

• จดวาบไฟเชอเพลงเหลวระเหยอยตลอดเวลา การระเหยทอณหภมหองเกดขนอยางชา ๆจงไมเปนปญหา แตถาเชอเพลงเหลวไดรบความรอนมากขนการระเหยกจะเพมขนตามไปดวย จนในทสดอตราสวนของไอระเหยจากเชอเพลงเหลวและอากาศจะมคาเหมาะสมตอการเผาไหม จดวาบไฟ (flash point) คอ อณหภมตำสดทมไอระเหยจากจากผวเชอเพลงเหลวในปรมาณททำใหเกดการตดไฟเมอสมผสกบเปลวไฟ เชอเพลงเหลวทมจดวาบไฟตำตองไดรบการดแลเปนพเศษ การทราบคาจดวาบไฟทำใหทราบวาควรอนเชอเพลงเหลวใหรอนไดถงระดบใดเพอลดความหนด อณหภมของเชอเพลงเหลวทใชควรจะตำกวาจดวาบไฟประมาณ 4-5ÆC เพอความปลอดภย

3.3 เชอเพลงกาซ 41

• กำมะถน

ปรมาณกำมะถนในเชอเพลงเหลวขนอยกบทมาของเชอเพลงเหลว นำมนเตาเบอร6 อาจมกำมะถนนอยกวา 1% หรอมากถง 3-4% กได นำมนเตาทมกำมะถนมากเกน 2% จะตองผานกระบวนการลดกำมะถนกอนนำมาใชงาน เพราะการเผาไหมกำมะถนจะทำใหเกด SO3 ซงจะกลายเปนกรดซลฟรกเมอผสมกบนำ กรดชนดนมฤทธกดกรอนสง

• ตะกอนและนำ

ตะกอนและนำเปนสงแปลกปลอมทอนตรายในระบบเผาไหมเชอเพลงเหลว สา-เหตของการมตะกอนและนำปนในเชอเพลงเหลวไดแก การรวของถงเกบหรอทอสงเชอเพลงเหลว ปฏกรยาเคม การใหความรอนถงมากเกนไป การควบแนนของนำ การรวของขดไอนำ (steam coil) ทใชอนเชอเพลงเหลว การผสมนำมนตางเกรดกน และการตกตะกอนของสารแปลกปลอมในเชอเพลงเหลวเอง ผลกระทบเชงลบของตะกอนและนำคอ (1) การหยดทำงานของหมอไอนำอนเนองจากหวเผาอดตน (2) การเผาไหมทผดพลาดและไมมเสถยรภาพ และ (3) การสญเสยความรอนทไดจากการเผาไหม เพอปองกนปญหาเหลาน ควรมการเกบตวอยางเชอเพลงเหลวจากกนถงเกบเปนระยะ ๆ เพอตรวจดวามตะกอนและนำมากเกนไปหรอไมและแกไขใหเปนปกต

3.3 เชอเพลงกาซ

เมอเปรยบเทยบกบเชอเพลงประเภทอน เชอเพลงกาซมขอไดเปรยบคอมนอยในสภาพทพรอมเผาไหมแลว ไมตองผานกระบวนการบดละเอยดเหมอนถานหนหรอกระ-บวนการทำใหเปนละอองเหมอนเชอเพลงเหลว นอกจากนเชอเพลงกาซยงมสงเจอปนตำกวาเชอเพลงแขงและเชอเพลงเหลวจงทำใหเกดมลภาวะทางอากาศนอยกวา เชอเพลงกาซทใชในโรงไฟฟาแบงออกเปนสามประเภทคอ กาซธรรมชาต (natural gas) กาซสงเคราะห (synthetic gas) และกาซชวภาพ (biogas)

3.3.1 กาซธรรมชาต

กาซธรรมชาตเปนเชอเพลงฟอสซลทมทมาจากซากพชดกดำบรรพและพบในบร-เวณทมถานหนหรอนำมนดบ สวนประกอบหลกของกาซธรรมชาตคอ กาซมเทน (CH4)และกาซไฮโดรคารบอนอน ๆ นอกจากนอาจมกาซทไมเผาไหมเชน CO2 กาซธรรมชาต


ทพบในแหลงกาซมสดสวนของมเทนนอยเกนไปและอาจมสารทเปนพษเชน ปรอทและกาซไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) จงตองมกระบวนการแยกกาซเพอผลตกาซธรรมชาตทมคณสมบตทเหมาะสมซงจะสงไปยงโรงไฟฟาพลงความรอนรวมทางทอสงกาซ นอกจาก-นกระบวนการแยกกาซยงผลตผลพลอยไดอน ๆ ทนำไปเปนวตถดบในอตสาหกรรมป-โตรเคม

กระบวนการแยกกาซเรมตนดวยการกำจดสารเจอปนทไมใชไฮโดรคารบอนออกจากกาซธรรมชาต หนวยกำจดสารเจอปนไดแก หนวยกำจด CO2 หนวยกำจดความชน และหนวยกำจดปรอท กาซธรรมชาตทไดจะถกสงเขาอปกรณลดความดนซงจะทำใหความดนและอณหภมของกาซธรรมชาตลดลงจนกลายเปนของเหลว การแยกสารไฮ-โดรคารบอนในของเหลวอาศยจดเดอด ทตางกนของสารไฮโดรคารบอนแตละชนด ซงคลายกบการกลนนำมนดบแบบแยกสวน ผลผลตทไดประกอบดวย

• กาซมเทนซงเปนสวนประกอบหลกของกาซธรรมชาตทใชในโรงไฟฟาพลงความ-รอนรวม โรงงานอตสาหกรรม และยานยนตทขบเคลอนดวยกาซธรรมชาต กาซมเทนอาจใชเปนวตถดบในการผลตปยเคมและเมทลแอลกอฮอล (methyl alco-hol)

• กาซอเทนซงจะสงใหกบอตสาหกรรมปโตรเคมเพอผลตเอทลนทเปนวตถดบในการผลตเมดพลาสตกชนดตาง ๆ กาซอเทนอาจใชผลตเอทลแอลกอฮอล (ethylalcohol)

• กาซโปรเพนเพอนำมาใชผลตโพรพลน (propylene) ในอตสาหกรรมปโตรเคม-และเพอเปนสารตงตนในการผลตเมดพลาสตกทเรยกวา โพลโพรพลน (polypro-pylene) ซงใชกบอตสาหกรรมผลตยางสงเคราะห แผนฟลม ถงรอนใสอาหารหรอกระสอบ เปนตน

• กาซปโตรเลยมเหลว (liquefied petroleum gas หรอ LPG) ประกอบดวย กาซโพรเพนและบวเทน LPG เปนกาซทถกนำมาใชเปนเชอเพลงหงตมในอตสาห-กรรมและครวเรอน จงถกทำใหอยในสภาพของเหลวบรรจในถงเพอความปลอดภยในการใชและขนสง นอกจากน LPG ยงเปนกาซทมผนยมใชเปนเชอเพลงสำหรบรถยนตและโรงงานอตสาหกรรมดวย

• กาซโซลนธรรมชาต (natural gasoline หรอ NGL) ประกอบดวย กาซเพนเทนและสารไฮโดรคารบอนตวอน ๆ ทมจำนวนอะตอมของคารบอนตงแต 5 ตวขนไป NGL สามารถนำไปกลนเปนนำมนเบนซน นอกขากนสวนประกอบบางอยางของ NGL เปนของเหลวทระเหยไดเรว จงใชในโรงงานอตสาหกรรมปโตรเคมเปน

3.3 เชอเพลงกาซ 43

วตถดบสำหรบเปนตวทำละลายในการทดลองทางเคม อตสาหกรรมส แลกเกอรทนเนอร และอตสาหกรรมยางเปนตน

ถงแมวากาซธรรมชาตทใชเปนเชอเพลงในโรงไฟฟาพลงความรอนรวมจะมสวนประกอบหลกเปนมเทน แตกระบวนการแยกกาซไมไดผลตกาซมเทน 100% และยงคงมกาซอน ๆ ปะปนในกาซธรรมชาตอย ดงนนจงตองการวเคราะหกาซธรรมชาตซงกคอการหาสดสวนโดยโมลของกาซสวนประกอบ กาซสวนประกอบมสมบตใกลเคยงกบกาซในอดมคต (ideal gas) สดสวนโดยโมลจงเทากบสดสวนโดยปรมาตร ดงนนyi = MiM = ViVโดยท Mi และ Vi เปนจำนวนโมลและปรมาตรของกาซ i ในเชอเพลงกาซและ M และV เปนจำนวนโมลและปรมาตรรวมของเชอเพลงกาซ สวนประกอบของกาซธรรมชาตขนกบแหลงทมา กาซธรรมชาตจากแหลงตางกนจงอาจมราคาไมเทากน คาความรอนเปนสงทกำหนดราคาของกาซซงซอขายเปน ลานบาทตอ MBtu (1 Btu = 1.055 kJ)

สงทนาสงเกตเกยวกบกาซธรรมชาตคอ การทสวนประกอบหลกเปนกาซมเทนซงเบากวาอากาศทำใหกาซธรรมชาตเบากวาอากาศตามไปดวย กาซธรรมชาตทรวออกจากภาชนะบรรจหรอทอจงลอยขนฟา ในตรงขามกบกาซปโตรเลยมเหลวซงหนกกวาอา-กาศและจะกระจายไปตามพนในกรณทมการรวไหลออกจากภาชนะบรรจซงอาจกอใหเกดอนตรายไดถามประกายไฟจดระเบดกาซ

3.3.2 กาซสงเคราะห

นอกเหนอจากกาซธรรมชาตแลวเชอเพลงกาซทใชในโรงไฟฟาอาจไดมาจากการผลตกาซจากถานหน (coal gasification) กาซทผลตขนไดแก กาซเตาถานโคก (coke-oven gas) กาซผลผลต (producer gas) กาซนำ (water gas) กาซธรรมชาตสงเคราะห(synthetic natural gas หรอ SNG) กระบวนการผลตกาซผลผลต เรมตนจากการใหความรอนถานหนเพอไลสารระเหยและความชนออกไปจนเหลอแตถานโคก (coke) ซงมเพยงคารบอนและเถาเปนองคประกอบ

ถานหน + ความรอน �! ถานโคก + สารระเหย + ความชน

โดยสารระเหยทไดประกอบดวย H2 และ CH4 เปนสวนใหญเรยกวากาซเตาถานโคกจากนนถานโคกจะทำปฏกรยาใหความรอน (exothermic) กบอากาศในภาวะทมอากาศนอยทำใหไดกาซผลผลตตามสมการ

ถานโคก + อากาศ �! CO + N2 + ความรอน


ซงกาซผลผลตประกอบดวย CO และ N2 คาความรอนของกาซผลผลตมาจาก CO ซงเผาไหมกบอากาศได

ถาถานโคกทำปฏกรยากบไอนำจะไดกาซนำซงประกอบไปดวย CO และ H2 ปฏ-กรยาทเกดขนเปนปฏกรยารบความรอน (endothermic)

ถานโคก + ไอนำ + ความรอน �! CO + H2การผลตกาซผลผลตและกาซนำสลบกนจะทำใหอณหภมของแผงถานหนไมสงเกนไป

สำหรบการผลต SNG กระทำไดโดยการกำจด N2 ออกจากกาซผลผลตและใหCO ทเหลอทำปฏกรยากบไอนำ

CO + H2O �! CO2 + H2SNG มคาความรอนตำกวากาซธรรมชาต การเพมคาความรอนของ SNG สามารถกระทำไดโดยให H2 ทำปฏกรยากบ CO ซงจะทำใหได CH4 เปนผลผลต

CO + 3H2 �! CH4 + H2Oปฏกรยานตองมตวเรงปฏกรยา (catalyst) มาชวย

นอกจากการผลตกาซจากถานหนแลว กาซเชอเพลงอาจไดมาจากแหลงอน ๆ เชนกาซเตาหลอม (blast-furnace gas) ซงประกอบดวย CO2 เปนสวนใหญ ไดจากการผลตเหลกกลา และกาซทอระบายนำ (sewer gas) ซงประกอบดวย CH4 เปนสวนใหญ ไดจากการยอยสลายของขยะเปยก

3.3.3 กาซชวภาพ

กาซชวภาพ (biogas) ไดจากการยอยสลายสารอนทรย ในสภาวะไรออกซเจน(anaerobic digestion) ซงตองอาศยแบคทเรยและอณหภมทเหมาะสม สารอนทรยประ-

กอบดวยธาต 5 ธาต ไดแก C, H, O, N และ S และมกพบในสภาพเปยก ปฏกรยาเคมทเกดขนในกระบวนการยอยสลายโมเลเกลของสารอนทรยทมสตรเคม CaHbO NeSeเปนดงน

CaHbO NdSe+�a� b4 � 2 + 3d4 + e2�H2O �!�a2 + b8 � 2 � 3d8 � e4�CH4 + �a2 � b8 + 4 + 3d8 + e4�CO2

3.4 การใชเชอเพลงเพอผลตไฟฟาของประเทศไทย 45+ dNH3 + eH2Sสมการเคมนแสดงใหเหนวา กาซชวภาพประกอบดวยมเทนและกาซอนทไมเผาไหมอกสามชนด สดสวนของมเทนทเพมขนจะทำใหคาความรอนของกาซชวภาพเพมขนตามไปดวย การเพมสดสวนของมเทนทำไดโดยเลอกสารอนทรยทมสดสวนของคารบอนสงและกำจด CO2, NH3 และ H2S ออกจากกาซชวภาพ

การผลตกาซชวภาพมกผลตจากวสดเหลอทงทมสดสวนของสารอนทรยมาก ตว-อยางของวสดเหลอทงทมคณสมบตนไดแก มลสตวจากฟารมเลยงสตว และนำเสยจากโรงงานอตสาหกรรมการเกษตร นอกจากนขยะจากครวเรอนซงมสวนประกอบหลกเปนสารอนทรยกสามารถใชผลตกาซชวภาพไดเชนกน การประเมนความเหมาะสมในการผลตกาซชวภาพของวสดเหลอทงมกใชคา BOD (biochemical oxygen demand) หรอCOD (chemical oxygen demand) ของวสดเหลอทงนน โดยทวไป BOD ประมาณ80% ของ COD วสดเหลอทงทมคา BOD และ COD สงมศกยภาพในการผลตกาซชวภาพเนองจากมสดสวนสารอนทรยมาก

3.4 การใชเชอเพลงเพอผลตไฟฟาของประเทศไทย

ประเทศไทยมการสำรวจแหลงพลงงานตงแตสมยรชกาลท 7 โดยพบวามแหลงถานหนลกไนตขนาดใหญทอำเภอแมเมาะ จงหวดลำปาง ในชวงเวลาทความตองการไฟฟาของประเทศสงขนตามความเจรญของประเทศ ไดมการสำรวจแหลงพลงงานอยางตอเนองและพบวาประเทศไทยมแหลงนำมนดบเพยงเลกนอย แตมแหลงกาซธรรมชาตปรมาณมากในอาวไทย แหลงพลงงานทสำรวจจำแนกเปนสามประเภทคอ แหลงพลง-งานทพบแลว (proven reserve) แหลงพลงงานทคาดวาจะพบ (probable reserve) และแหลงพลงงานทนาจะพบ (possible reserve) โดยความนาจะเปนของการพบแหลงพลง-งานประเภททสองมากกวาประเภททสาม ตารางท 3.3 แสดงปรมาณนำมนดบ กาซปโตรเลยมเหลว กาซธรรมชาต และถานหนในแหลงพลงงานทงสามประเภท (ขอมลจากสำนกนโยบายและแผนพลงงานกระทรวงพลงงาน)

เนองจากประเทศไทยมถานหนและกาซธรรมชาตปรมาณมากโรงไฟฟาสวนใหญในประเทศไทยจงควรใชถานหนและกาซธรรมชาตเปนเชอเพลง แตโรงไฟฟาถานหนในประเทศไทยมจำนวนนอยมากเมอเทยบกบสดสวนปรมาณถานหนทประเทศไทย สาเหตคอถานหนในประเทศไทยเปนถานหนลกไนตทมกำมะถนและเถาสงและกอใหเกดกาซซลเฟอรไดออกไซดและฝนละอองปรมาณมากจนกลายเปนมลภาวะทางอากาศ โรงไฟฟาสวนใหญในประเทศไทยจงใชกาซธรรมชาตเปนเชอเพลง ตารางท 3.4 แสดงใหเหนวาสดสวนการใชกาซธรรมชาตเพมขนในชวง 20 ปทผานมาในขณะทสดสวนการใชถาน


ตารางท 3.3: แหลงเชอเพลงฟอสซลในประเทศไทย

เชอเพลง พลงงานสำรอง ระยะเวลาใชงาน (ป)P1 P1+P2 P1+P2+P3 P1 P1+P2 P1+P2+P3

นำมนดบ 176 377 430 4 8 9(ลานบารเรล)LPG 265 587 728 9 20 25(ลานบารเรล)กาซธรรมชาต 11198 22874 29717 12 25 32(พนลานลกบาศกฟต)ถานหน 2063 2063 2063 115 115 115(ลานตน)

หมายเหตP1 หมายถง แหลงพลงงานทพบแลวP2 หมายถง แหลงพลงงานทคาดวาจะพบP3 หมายถง แหลงพลงงานทนาจะพบ

หนกลบลดลง

ตารางท 3.4: สดสวนเชอเพลงทใชผลตไฟฟาในประเทศไทยในป พ.ศ. 2549 และ 2529

เชอเพลง พ.ศ. 2549 พ.ศ. 2529โรงไฟฟาพลงนำ 5.6% 21.8%นำมนเตา 5.5% 13.1%ถานหน 17.2% 21.8%กาซธรรมชาต 66.5% 40.3%อน ๆ 5.2% 3.0%

กาซธรรมชาตประมาณ 70% ในการผลตไฟฟาของประเทศไทยไมไดมาจากแหลงกาซธรรมชาตในประเทศทงหมด บางสวนไดจากการนำเขาจากประเทศอน ซงสวนใหญเปนการนำเขาจากประเทศพมา ดงนนการทประเทศไทยพงพากาซธรรมชาตมากขนาดนอาจสงผลกระทบตอความมนคงดานพลงงานได ในความเปนจรงเชอเพลงทใชผลตไฟฟาควรมหลายชนดและสดสวนการใชเชอเพลงเหลานนควรใกลเคยงกนเพอทวา ถาเชอ

3.4 การใชเชอเพลงเพอผลตไฟฟาของประเทศไทย 47

เพลงใดเชอเพลงใดขาดแคลน กจะไดมเชอเพลงอนมาทดแทนในระบบผลตพลงงานไฟฟา ดงนนรฐบาลจงมแนวคดทจะสรางโรงไฟฟานวเคลยร การมโรงไฟฟานวเคลยรนอก-จากจะชวยลดตนทนการผลตไฟฟาแลว ยงจะเปนหลกประกนวา เมอแหลงกาซธรรม-ชาตไมสามารถผลตกาซธรรมชาตไดอกตอไป ประเทศไทยจะไมประสบวกฤตดานพลง-งานขนรนแรง



1. เรยงลำดบถานหนจากเกรดดทสดไปแยทสด บทมนส แอนทราไซต ลกไนต ซบ-บทมนส

2. สวนประกอบ 4 อยางของถานหนทไดจากการวเคราะหโดยประมาณคออะไร

3. เชอเพลงหลกของโรงไฟฟาพลงความรอนรวมในประเทศไทยคออะไร

4. กาซใดเปนสวนประกอบหลกของกาซธรรมชาต

5. สวนประกอบใดในถานหนทำใหถานหนตดไฟงาย

6. ถานโคก (coke) มคณสมบตอยางไร

7. การวเคราะหขนสดทาย (ultimate analysis) คออะไร

8. นำมนชนดใดใชในโรงไฟฟาพลงความรอน

9. ประเทศไทยนำเขากาซธรรมชาตจากประเทศใดมากทสด

10. กาซนำ (water gas) ประกอบดวยกาซ

11. สวนประกอบหลกของกาซชวภาพ (biogas) คอกาซใด

12. ประเทศไทยมถานหนชนดใดมากทสด

13. ทำไมกาซธรรมชาตจงปลอดภยกวากาซเชอเพลงทใชในครวเรอน

14. อะไรเปนเชอเพลงหลกสำหรบการผลตไฟฟาในประเทศไทย และอะไรเปนเชอ-เพลงหลกสำหรบการผลตไฟฟาในโลก

15. ถานหนกอนหนงเมอนำไปวเคราะหโดยประมาณ (proximate analysis) พบวามความชน 15% และเถา 5% เมอนำถานหนในสภาพทปราศจากความชนและเถา(dry, ash-free basis) ไปวเคราะหขนสดทาย (ultimate analysis) พบวาม H3% อยากทราบวาสดสวนโดยมวลของ H ในถานหนในสภาพเดม (as-receivedcoal) เทากบเทาไร

บทท 4

การเผาไหม

4.1 ปฏกรยาการเผาไหม

การเผาไหมคอ ปฏกรยาเคมทเกดขนอยางรวดเรวระหวางเชอเพลงกบออกซเจนซงทำใหเกดกาซเสย (flue gas) และการแปลงพลงงานเคมทสะสมอยในเชอเพลงเปนพลงงานความรอน มสารเคมจำนวนมากทเปนเชอเพลงตามนยามขางตนแตในทนจะพจารณาเฉพาะเชอเพลงทใชในโรงไฟฟาตามทกลาวถงในบทท 3 เทานน

ในกรณของเชอเพลงแขงองคประกอบททำปฏกรยากบออกซเจนคอ คารบอน ไฮ-

โดรเจน และกำมะถน สมการการเผาไหมทเกดขนคอ

C + O2 �! CO2 (4.1)

H2 + 12O2 �! H2O (4.2)

S + O2 �! SO2 (4.3)

เชอเพลงเหลวและเชอเพลงกาซอาจประกอบดวยเชอเพลงหลายชนดผสมกนโดยเชอเพลงแตละชนดมปฏกรยาการเผาไหมของมนเอง ตวอยางเชน มเทน (CH4) ซงเปนสวนประกอบหลกของกาซธรรมชาตมสมการการเผาไหมดงน

CH4 + 2O2 �! CO2 + 2H2O (4.4)

เปนทนาสงเกตวาสมการ (4.1)-(4.4) มสงหนงทเหมอนกนคอ จำนวนอะตอมของธาตทกธาตไมเปลยนแปลงหลงปฏกรยา ซงหมายความวามวลรวมของสารตงตน (react-ant) จะตองเทากบมวลรวมของสารผลผลต (product) ปฏกรยาการเผาไหมจะเกดขนก

50 การเผาไหม

ตอเมออณหภมของปฏกรยามคาไมนอยกวาอณหภมจดระเบด (ignition temperature)โดยทวไปอณหภมของเตาเผาสงกวาอณหภมจดระเบดเหลานมาก

เนองจากการใช O2 บรสทธในกระบวนการเผาไหมตองลงทนสง ในทางปฏบตจงนยมใชอากาศทำปฏกรยากบเชอเพลง อากาศแหงในธรรมชาตประกอบดวย N2, O2,Ar และ CO2 ซงมนำหนกโมเลกลเทากบ 28.0134, 31.9988, 39.9480 และ 44.0095ตามลำดบ ตารางท 4.1 แสดงสดสวนโดยโมลของกาซเหลาน ดงนนนำหนกโมเลกลของอากาศแหงในธรรมชาตจงเทากบ 28.97 แตเพอความสะดวกในการวเคราะหการเผาไหมอาจสมมตวาอากาศแหงเปนอากาศทฤษฎ (theoretical air) ซงประกอบดวย N2 79%และ O2 21% โดยโมลและมนำหนกโมเลกลเทากบ 28.84 ดงนนอากาศทฤษฎ 4.76โมลจงประกอบดวย N2 3.76 โมลและ O2 1 โมล สดสวนโดยมวลของ N2 และ O2เทากบ 0.767 และ 0.233 ตามลำดบ เปนทนาสงเกตวาถงแมวาในความเปนจรงอากาศมกมความชนปะปนอยดวยเสมอการวเคราะหการเผาไหมโดยทวไปมกสมมตวาอากาศทใชเผาไหมกบเชอเพลงเปนอากาศแหงเพราะความชนในอากาศมปรมาณนอยมากและไมสงผลมากนกตอการคำนวณ

ตารางท 4.1: สวนประกอบของอากาศแหงในธรรมชาตและอากาศทฤษฎ

กาซ สดสวนโดยโมล (%)อากาศแหงในธรรมชาต อากาศทฤษฎ

N2 78.084 79O2 20.946 21Ar 0.934 0CO2 0.036 0

ปฏกรยาทสำคญสองปฏกรยาคอการเผาไหมสมบรณ (complete combustion)และการเผาไหมพอด (stoichiometric combustion) การเผาไหมสมบรณคอการเผาไหมทไมมสารเชอเพลงเหลออยเลยกลาวคอไมม C, H, S หรอ CO เหลอ ในทางตรงขามการเผาไหมทใหกาซเสยทยงนำไปเผาไหมไดตอจดเปนการเผาไหมไมสมบรณ (incom-plete combustion) สวนการเผาไหมพอดคอการเผาไหมสมบรณทไมม O2 เหลอซงหมายความวาปรมาณ O2 พอดกบปรมาณเชอเพลง ในกรณดงกลาวปรมาณอากาศทใชเรยกวาเปนปรมาณอากาศพอด (stoichiometric air) หรอปรมาณอากาศทฤษฎ (the-oretical air) การเผาไหมพอดระหวางสารไฮโดรคารบอนกบอากาศแหงจะใหผลผลตคอH2O, CO2 และ N2 แตถามอากาศมากเกนไปกม O2 เหลอในผลผลตดวย การเผาไหมเชนนเปนการเผาไหมไมพอด สมการการเผาไหมพอดระหวางไฮโดรคารบอน (CmHn)

4.2 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎ 51

กบอากาศคอ

CmHn + (m+ n4 )(O2 + 3:76N2) �! mCO2 + n2H2O + 3:76(m+ n4 )N2 (4.5)

การเผาไหมไมสมบรณเปนสงทไมพงปรารถนาเพราะผลผลตอาจประกอบ ไฮ-โดรคารบอน เขมา หรอ CO ซงทงหมดสามารถเผาไหมได CO เผาไหมในอากาศตามสมการตอไปน

CO + 12(O2 + 3:76N2) �! CO2 + 1:88N2 (4.6)

การมสารไฮโดรคารบอน เขมาหรอ CO เหลอจากการเผาไหมหมายความวาพลงงานเคมในเชอเพลงไมไดแปลงเปนพลงงานความรอนทงหมด แตบางสวนถกปลอยทงไปกบกาซเสยโดยเปลาประโยชน นอกจากนสารไฮโดรคารบอน เขมาและ CO ยงเปนอนตรายตอสขภาพและทำใหเกดมลภาวะทางอากาศอกดวย ปจจยสำหรบการเผาไหมสมบรณม 4ประการคอ (1) อากาศมปรมาณมากพอ (2) อณหภมการเผาไหมสงกวาอณหภมจดระเบด (3) การผสมกนของอากาศกบเชอเพลงอยางทวถง และ (4) เวลาทำปฏกรยาเผาไหมทมากพอ

ปรมาณอากาศพอดขนอยกบชนดของเชอเพลง อยางไรกตามเนองจากการผสมกนอยางทวถงของออกซเจนในอากาศกบเชอเพลงเปนไปไดยากในทางปฏบต ปรมาณอากาศทใชในการเผาไหมจงมกกำหนดใหมอากาศสวนเกน (excess air)

4.2 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎ

ในการทำใหเกดการเผาไหมสมบรณ อากาศทใชจะตองมปรมาณไมนอยกวาปร-มาณพอด อตราสวนระหวางปรมาณอากาศพอดและเชอเพลงเรยกวาอตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎ (theoretical air-fuel ratio) ซงมสญลกษณ AFRT อตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎอาจเปนอตราสวนเชงมวลหรออตราสวนเชงโมลกได การระบคา AFRT จงควรระบหนวยดวยวาเปน kgair/kgfuel หรอ molair/molfuel ความสมพนธระหวางอตราสวนเชงมวลและอตราสวนเชงโมลเปนดงน

อตราสวนเชงมวล = 28:84� อตราสวนเชงโมลMfuel (4.7)

โดยท 28.84 คอ นำหนกโมเลกลของอากาศทฤษฎและ Mfuel คอนำหนกโมเลกลของเชอเพลง


เชอเพลงประกอบดวย C, H หรอ S ซงเผาไหมในอากาศ ไดดงแสดงในสมการ(4.1)-(4.3) นอกจากนเชอเพลงอาจมสวนประกอบของ O และ N ดวย ดงนนโมเลกลของเชอเพลงอาจเขยนเปนสตรเคม CaHbS OdNe อยางไรกตามสตรเคมนไมไดหมายความวาธาตตาง ๆ สรางพนธะเคมตอกน ธาตบางธาตเชน C อยในรปของคารบอนอสระในเชอเพลงแขง สมการเผาไหมพอดของเชอเพลงเปนดงน

CaHbS OdNe + �a + b4 + � d2� (O2 + 3:76N2) �!aCO2 + b2H2O + SO2 + �3:76�a+ b4 + � d2� + e2�N2 (4.8)

สมการ (4.8) แสดงใหเหนวาเชอเพลงนมAFRT = 4:76�a+ b4 + � d2� molair=molfuel (4.9)

ตารางท 4.2 แสดง AFRT ของเชอเพลงบางชนดทคำนวณจากสมการ (4.9) สำหรบธาตอนหรอกาซอนทไมใชเชอเพลงเชน N, O2 และ CO2 คา AFRT เทากบศนย

ตารางท 4.2: AFRT ของเชอเพลงบางชนด

เชอเพลง AFRT (molair/molfuel)C 4.76H 1.19S 4.76CH4 9.52C2H6 16.66C3H8 23.8CO 2.38

ในการหา AFRT ของเชอเพลงทมสวนประกอบหลายชนดจะตองทราบสดสวนโดยโมลของสวนประกอบแตละชนด สมมตวาเชอเพลงม k สวนประกอบโดยมสดสวนโดยโมลเปน y1, y2, ..., yk และสวนประกอบแตละชนดมคา AFRT เทากบ AFRT;1,AFRT;2, ..., AFRT;k ตามลำดบ คา AFRT ของเชอเพลงสามารถคำนวณไดดงนAFRT = y1AFRT;1 + y2AFRT;2 + :::+ ykAFRT;k (4.10)

4.2 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎ 53

ตวอยาง คำนวณ AFRT ของเชอเพลงทประกอบดวย C3H8 40% และ C4H1060%

วธทำกำหนดให C3H8 เปนสวนประกอบท 1 และ C4H10 เปนสวนประกอบท 2 ของ

เชอเพลง ดงนน y1 = 0.4, y2 = 0.6, AFRT;1 = 23.8, AFRT;2 = 30.94AFRT = 0:4� 23:8 + 0:6� 30:94= 28:1 molair=molfuel

ตวอยาง คำนวณ AFRT เชงโมลของเชอเพลงกาซทประกอบไปดวย CH4 70%,C2H6 10%, C3H8 10% และ CO2 10%

วธทำกำหนด CH4, C2H6, C3H8 และ CO2 เปนสวนประกอบท 1, 2, 3 และ 4 ตาม

ลำดบ สดสวนโดยโมลและอตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎของกาซแตละชนดเปนดงน y1 = 0.7, y2 = 0.1, y3 = 0.1, y4 = 0.1, AFRT;1 = 9.52, AFRT;2= 16.66, AFRT;3 = 23.8, AFRT;4 = 0 ดงนนAFRT = 0:7� 9:52 + 0:1� 16:66 + 0:1� 23:8 + 0:1� 0= 10:7 molair=molfuel

ปรมาณของเชอเพลงแขงกบเชอเพลงเหลวมกวดเปนนำหนก ดงนนจงนยมระบAFRT เปนอตราสวนเชงมวลซงหาไดจากการแทนคาอตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงโมลในสมการ (4.9) ในสมการ (4.7)AFRT = 28:84� 4:76Mfuel �a+ b4 + � d2� kgair=kgfuel (4.11)

เชอเพลงทมสตรเคม CaHbS OdNe มนำหนกโมเลกลดงนMfuel = 12a+ b + 32 + 16d+ 14e (4.12)

สดสวนโดยมวลของ C, H, S และ O ในเชอเพลงแขงในสภาพแหงและไมมเถาคอxC = 12aMfuel (4.13)

54 การเผาไหมxH = bMfuel (4.14)xS = 32 Mfuel (4.15)xO = 16dMfuel (4.16)

ถาทราบ xC , xH , xS และ xO กสามารถหาคา a, b, และ d ได สมการ (4.11) จะกลายเปนAFRT = 11:44xC + 34:32xH + 4:29xS � 4:29xO kgair=kgfuel (4.17)

ในกรณทเชอเพลงมความชนและเถาและสดสวนโดยมวลของความชนคอ xM และสดสวนโดยมวลของเถาคอ xA อตราสวนอากาศตอเชอเพลงความชนและเถาจะเปนดงนAFRT = (11:44xC + 34:32xH + 4:29xS � 4:29xO)(1� xM � xA) (4.18)

โดยท xC , xH , xS และ xO เปนสดสวนโดยมวลจากการวเคราะหขนสดทายของถานหนทแหงและไมมเถา สมการ (3.6) แสดงใหเหนวาสมการ (4.18) อาจเขยนใหมดงนAFRT = 11:44xC;ar + 34:32xH;ar + 4:29xS;ar � 4:29xO;ar (4.19)

โดยท xC;ar, xH:ar, xS;ar และ xO;ar เปนสดสวนโดยมวลจากการวเคราะหขนสดทายของถานหนในสภาพเดมซงมความชนและเถา

ตวอยาง ผลการวเคราะหโดยประมาณของถานหนกอนหนงพบวามความชน 4%และเถา 5% เมอนำถานหนในสภาพทไมมความชนและเถามาวเคราะหขนสดทาย ไดผลดงน C 83.1%, H 5.5%, O 7.4%, N 2.1% และ S 1.9% คำนวณ AFRT ของถานหน

วธทำแทนคาสดสวนโดยมวลในสมการ (4.18) เพอหา AFRTAFRT = (11:44� 0:831 + 34:32� 0:055 + 4:29� 0:019� 4:29� 0:074)� (1� 0:04� 0:05)= 10:2 kgair=kgfuel

4.3 คาความรอน 55

4.3 คาความรอน

ปฏกรยาเคมมกเกดขนพรอมกบการแปลงรปพลงงานระหวางพลงงานความรอนและพลงงานเคม พลงงานเคมของสารตงตนและสารผลผลตคอ ผลรวมเอนทลปกอรป(formation enthalpy) ของสารตงตนและสารผลผลต ถาปฏกรยาเกดขนทอณหภมหองในระบบปดทไมแลกเปลยนความรอนกบสงแวดลอมอณหภมของสารผลผลตจะมคาเทากบอณหภมเปลวไฟแอเดยแบตก (adiabatic flame temperature) ในกรณทพลงงานเคมของสารตงตนนอยกวาพลงงานเคมของสารผลผลต อณหภมเปลวไฟแอเดยแบตกจะนอยกวาอณหภมหอง แตในกรณทพลงงานเคมของสารตงตนมากกวาพลงงานเคมของสารผลผลต อณหภมเปลวไฟแอเดยแบตกจะมากกวาอณหภมหอง ในกรณหลงถาปฏกรยาเกดขนทอณหภมหองในระบบเปดทถายเทความรอนสสงแวดลอมจนอณหภมของสารผลผลตลดลงเทากบอณหภมหอง ปรมาณความรอนน เรยกวา คาความรอน(heating value) โดยทวไปคาความรอนของเชอเพลงจะหมายถงปรมาณความรอนทไดจากการเผาไหมแบบพอดของเชอเพลงแขงหรอเชอเพลงเหลว 1 kg หรอของเชอเพลงกาซ 1 m3 การหาคาความรอนโดยตรงอาจใชบอมบแคลอรมเตอร (bomb calorimeter)คาความรอนขนกบผลผลตทไดจากการเผาไหมซงอาจปนนำหรอไอนำกได การเผาไหมทใหผลผลตเปนนำใหคาความรอนสง (higher heating value) การเผาไหมทใหผลผลตเปนไอนำใหคาความรอนตำ (lower heating value) ดงนนผลตางระหวางคาความรอนสงกบคาความรอนตำจงเทากบ คาความรอนแฝงในการกลายเปนไอของนำทเปนผลผลตจากการเผาไหม

คาความรอนเปนลกษณะเฉพาะของเชอเพลงแขงแตละชนด ถาทราบสดสวนโดยมวลของธาตตาง ๆ รวมถงความชนและเถาในเชอเพลงแขงจากการวเคราะหขนสดทายกสามารถคำนวณคาความรอนของเชอเพลงแขงได ตารางท 4.3 แสดงคาความรอนสงตอมวลของเผาไหมธาตทเผาไหมได ธาต C และ S ทอยในเชอเพลงทงหมดจะเผาไหม

ตารางท 4.3: คาความรอนสงของ C H และ S

ธาต ปฏกรยา HHV (kJ/kg)C C + O2 �! CO2 33700H H + 0.25O2 �! 0.5H2O 144200S S + O2 �! SO2 9300

และใหคาความรอนตามตารางท 4.3 แตในกรณของ H มเพยงไฮโดรเจนอสระเทานนทเผาไหมในขณะทไฮโดรเจนไมอสระ 1 kg รวมตวกบ O 8 kg คาความรอนสงของ


เชอเพลงแขงจงเทากบHHV = 33700xC + 144200�xH � xO8 � + 9300xS (4.20)

สตรนมชอวา สตรของดลอง (Dulong’s formula) คาความรอนสงในสมการ (4.20)เปนของเชอเพลงแขงในสภาพทแหงและไมมเถา แตถาเชอเพลงมทงความชนและเถาสมการของคาความรอนสงเปนดงนHHV = (33700xC + 144200�xH � xO8 � + 9300xS)(1� xM � xA) (4.21)

หรอ HHV = 33700xC;ar + 144200�xH;ar � xO;ar8 �+ 9300xS;ar (4.22)

ในคำนวณคาความรอนตำของเชอเพลงแขง จะตองทราบปรมาณนำทเกดจากการเผาไหมตอมวลของเชอเพลง ตารางท 4.3 แสดงใหเหนวาการเผาไหม C และ S ไมทำใหเกดนำ แตการเผาไหม H จะทำใหไดนำ 9 kg ตอ 1 kg ของ H ซงนบเฉพาะไฮโดรเจนอสระ อยางไรกตามเมอรวมนำทเกดจากการเผาไหมไฮโดรเจนอสระกบนำทมพนธะกบสารอนซงจะกลายเปนไอนำจากการเผาไหมกจะพบวาไฮโดรเจนทงหมดในเชอเพลงทำใหเกดนำซงมมวลเปน 9 เทาของมวลไฮโดรเจน นอกจากนเชอเพลงแขงยงมความชนซงกจะกลายเปนไอหลงการเผาไหมเชนกน เนองจากคาความรอนแฝงในการกลายเปนไอของนำทอณหภม 25ÆC เทากบ 2442 kJ/kg คาความรอนตำของเชอเพลงแขงจงเทากบ LHV = HHV � 2442(9xH;ar + xM ) (4.23)

ในเชอเพลงเหลวและเขอเพลงกาซ ธาตทเผาไหมไดรวมตวเปนสารประกอบกบธาตอน โดยมกอยในรปของ CmHn ในกรณของเชอเพลงเหลวและ CmHn, CO และH2 ในกรณของเชอเพลงกาซ สารประกอบเหลานมปฏกรยาการเผาไหมและคาความรอนตามตารางท 4.4

ถาเชอเพลงกาซประกอบดวยกาซ k ชนดทเผาไหมได สดสวนโดยปรมาตรคอ y1,y2, :::, yk และกาซแตละชนดมคาความรอนสงตอปรมาตรเทากบ HHV1, HHV2, :::,HHVk ตามลำดบ คาความรอนสงตอปรมาตรของเชอเพลงกาซสามารถคำนวณไดดงนHHV = y1HHV1 + y2HHV2 + ::: + ykHHVk (4.24)

4.3 คาความรอน 57

ตารางท 4.4: คาความรอนสงของกาซบางชนด

สารประกอบ ปฏกรยา HHV (kJ/m3) HHV (kJ/kg)CH4 CH4 + 2O2 �! CO2 + 2H2O 39700 55600C2H6 C2H6 + 72O2 �! 2CO2 + 3H2O 69600 52000C3H8 C3H8 + 5O2 �! 3CO2 + 4H2O 99100 50500H2 H2 + 12O2 �! H2O 12700 142200CO CO + 12O2 �! CO2 12600 10100

ถาเชอเพลงเหลวประกอบดวยของเหลว k ชนดทเผาไหมได สดสวนโดยมวลคอ x1, x2,:::, xk และกาซแตละชนดมคาความรอนสงตอมวลเทากบ HHV1, HHV2, :::, HHVkตามลำดบ คาความรอนสงตอมวลของเชอเพลงเหลวสามารถคำนวณไดดงนHHV = x1HHV1 + x2HHV2 + :::+ xkHHVk (4.25)

ตารางท 4.4 แสดงปรมาณนำทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงแตละชนด จะเหนวาเชอเพลงทกชนดยกเวน CO ใหนำเปนผลผลต ถากำหนดให Vi เปนปรมาตรของนำทเกดจากการเผาไหมเชอเพลง i 1 m3 ปรมาตรรวมของนำทเกดจากการเผาไหมเชอเพลงกาซ 1 m3 ทประกอบดวยกาซ k ชนดทเผาไหมไดมคาดงนV = y1V1 + y2V2 + :::+ ykVk (4.26)

คาความรอนแฝงในการกลายเปนไอของนำทอณหภม 25ÆC เทากบ 1962 kJ/m3 ดงนนคาความรอนตำของเชอเพลงกาซLHV = HHV � 1962V (4.27)

ในกรณของเชอเพลงเหลว คาความรอนตำหาไดจากสมการ (4.20) แต xM = 0เนองจากเชอเพลงเหลวมนำปนอยนอยมาก

ตวอยาง เชอเพลงแขงประกอบดวย C 70%, H 5%, O 4%, S 1%, ความชน10% และเถา 10% หาคาความรอนสงและความรอนตำของเชอเพลง

วธทำ


ผลรวมของสดสวนโดยมวลของธาตทง 4 ธาต ความชนและเถาเทากบ 100%ดงนนขอมลทโจทยใหมาจงเปนสดสวนโดยมวลจากการวเคราะหขนสดทายของถานหนทมความชนและเถา กลาวคอ xC;ar = 0.70, xH;ar = 0.05, xO;ar = 0.04, xS;ar =0.01, xM = 0.10 และ xA = 0.10 คาความรอนสงคำนวณจากสมการ (4.22)HHV = 33700(0:7) + 144200(0:05� 0:04=8) + 9300(0:01)= 30172 kJ=kg

คาความรอนตำคำนวณจากสมการ (4.23)LHV = 30172� 2440(9� 0:05 + 0:1)= 28828 kJ=kgตวอยาง เชอเพลงกาซประกอบดวย CH4 80%, H2 15% และ CO 5% หาคา

ความรอนสงและความรอนตำของเชอเพลง

วธทำคาความรอนสงคำนวณจากสมการ (4.24) และตารางท 4.4HHV = 39700(0:8) + 12700(0:15) + 12600(0:05)= 34295 kJ=m3ปรมาณนำเกดจากการเผาไหมเชอเพลง 1 m3 ไดจากสมการ (4.26) และตารางท

4.4 V = 2� 0:8 + 1� 0:15= 1:75 m3คาความรอนตำคำนวณจากสมการ (4.27)LHV = 34295� 1960� 1:75= 30865 kJ=m3

4.4 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงจรง 59

4.4 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงจรง

การคำนวณปรมาณอากาศทใชในการเผาไหมจรงตองใชขอมลจากการวเคราะหกาซเสยซงม วธวเคราะห 2 วธ วธแรกใชเซนเซอรตรวจวดปรมาณกาซตาง ๆ ในกาซเสย โดยสามารถอานคาปรมาณกาซจากเซนเซอรไดทนทแตเซนเซอรแตละตวสามารถวดปรมาณกาซไดเพยงหนงหรอสองชนดเทานน วธทสองจะเกบตวอยางกาซเสยมาว-เคราะหในหองปฏบตการ วธทสองไมใหคาปรมาณกาซสวนประกอบทนทเหมอนวธแรกแตสามารถหาปรมาณกาซหลายชนด อปกรณสำหรบวเคราะหกาซเสยดวยวธทสองทไดรบความนยมคอ อปกรณออรแสต (Orsat apparatus) เพราะมราคาไมแพง งายตอการใช และเคลอนยายงาย อปกรณนใชวดสดสวนโดยปรมาตรหรอโดยโมลของ CO2, COและ O2 ในกาซเสยแหง ถาสมมตวามกาซเพยงสชนดในกาซเสยแหง (CO2, CO, O2และ N2) ขอมลทไดจากอปกรณออรแสตสามารถใชหาสดสวนโดยปรมาตรของ N2 ไดดงน yN2 = 1� yCO2 � yCO � yO2 (4.28)

เมอทราบสดสวนโดยปรมาตรของกาซสวนประกอบในกาซเสยแลวกสามารถหาอตราสวนอากาศตอเชอเพลงจรง (AFRA) ไดโดยใชวธใดวธหนงในสองวธตอไปน

4.4.1 วธทหนง

วธนใหคา AFRA ซงอตราสวนโดยมวลจงเหมาะกบเชอเพลงแขงและเชอเพลงเหลวเรมตนจากนยามของ AFRAAFRA = มวลอากาศทใชในการเผาไหม

มวลเชอเพลง= 10:767 มวลของ N2 ในอากาศทใชเผาไหมมวลเชอเพลง

!= 10:767 มวลของ N2 ในกาซเสย � มวลของ N2 ในเชอเพลง

มวลเชอเพลง

!= 10:767 28(จำนวนโมลของ N2 ในกาซเสย)

มวลเชอเพลง� xN;ar! (4.29)

โดยท xN คอสดสวนโดยมวลของธาต N ในเชอเพลง C ทเผาไหมจะกลายเปน COหรอ CO2 กำหนดให x b เปนสดสวนโดยมวลของ C ทเผาไหมตอ 1 kg เชอเพลง


ดงนน x b = มวลของ CO และ CO2 ในกาซเสยมวลเชอเพลง= 12(จำนวนโมลของกาซเสย)(yCO + yCO2)

มวลเชอเพลง=) มวลเชอเพลง = 12(yCO + yCO2)(จำนวนโมลของกาซเสย)x b (4.30)

โดยท x b คอสดสวนโดยมวลของ C ในเชอเพลงทเผาไหม แทนคามวลเชอเพลงจากสมการ (4.30)ในสมการ (4.29) ไดผลลพธดงนAFRA = 10:767 � 28x byN212(yCO + yCO2) � xN;ar� (4.31)x b มคานอยมากหรอเปนศนยถาเชอเพลงเปนนำมนเตาหรอกาซธรรมชาต แตการเผาไหมเชอเพลงแขงมกกอใหเกดคารบอนทไมเผาไหมซงอาจเปนเพราะคารบอนสวนนนไมไดสมผสกบอากาศหรอเวลาในการเผาไหมนอยเกนไป ในบางครงการหาคา x b จะตองใชวธทางออมเพราะการวดโดยตรงคอนขางยาก โดยทวไปสงททราบเกยวกบเชอเพลงแขงคอสดสวนโดยมวลของเถา (xA) ผลผลตจากการเผาไหมทเปนของแขงเรยกวาขเถา (refuse) ซงจะประกอบดวยคารบอนผสมกบเถา ถานำขเถาไปวเคราะหกจะทราบสดสวนโดยมวลของคารบอน (x r) ขอมลเหลานใชหาคา x b

มวลเถาในขเถามวลขเถา

= 1� x rมวลเถาในเชอเพลง

มวลเชอเพลง= xA

มวลขเถามวลเชอเพลง

= xA1� x rมวลคารบอนในขเถา

มวลเชอเพลง= มวลคารบอนในขเถา

มวลขเถา

!� มวลขเถามวลเชอเพลง

!= x rxA1� x rx b = มวลคารบอนทเผาไหมมวลเชอเพลง= มวลคารบอนทงหมดในเชอเพลง

มวลเชอเพลง� มวลคารบอนในขเถา

มวลเชอเพลง

4.4 อตราสวนอากาศตอเชอเพลงจรง 61

ดงนน x b = xC;ar � x rxA1� x r (4.32)

ตวอยาง ถานหนลกไนตมสดสวนโดยมวลของธาตตาง ๆ ดงน C 36%, H3%, O 8%, S 0.64%, N 0.84%, ความชน 36% และเถา 15.52% เมอเผาไหมถานหนกบอากาศ พบวาไดกาซเสยแหงซงประกอบดวย CO2 18.57%, O2 5.84%,SO2 0.13% และ CO 0.66% นอกจากนพบวาขเถาประกอบดวยคารบอน 7.18% จงคำนวณหาอตราสวนอากาศตอเชอเพลงจรง

วธทำ yN2 = 1� yCO2 � yO2 � ySO2 � yCO= 0:748x b = 0:36� 0:0718� 0:15521� 0:0718= 0:348AFRA = 10:767 � 28� 0:348� 0:74812(0:0066 + 0:1857) � 0:0084�= 4:11 kgair=kgfuel4.4.2 วธทสอง

วธนเหมาะกบเชอเพลงทไมมไนโตรเจนเปนสวนประกอบซงไดแกเชอเพลงเหลวและเชอเพลงกาซ สมมตวาเชอเพลงมสตรเคม CaHbS Od สมการเผาไหมพอดของเชอเพลงนดดแปลงจากสมการ (4.8)

CaHbS Od + �a+ b4 + � d2� (O2 + 3:76N2) �!aCO2 + b2H2O + SO2 + 3:76�a + b4 + � d2�N2 (4.33)

ในการเผาไหมจรงจะมปรมาณอากาศมากกวาปรมาณอากาศพอดซงทำใหม O2ในกาซเสย นอกจากนการเผาไหมอาจไมสมบรณซงทำใหม CO ในกาซเสยดวย สมการ


เผาไหมจรงจงอาจเขยนไดดงน

CaHbS Od + ��a + b4 + � d2� (O2 + 3:76N2) �! (a� �)CO2 + �CO +b2H2O + SO2 + �(�� 1)�a + b4 + � d2�+ �2 �O2 +3:76��a + b4 + � d2�N2 (4.34)� คอ อตราสวนอากาศ (air ratio) ซงมคาเทากบอตราสวนระหวาง AFRA กบ AFRTสดสวนโดยโมลของ O2, CO และ N2 ในกาซเสยไดจากสมการ (4.29)yO2 = (�� 1)(a+ b=4 + � d=2) + �=2Ntotal (4.35)yCO = �Ntotal (4.36)yN2 = 3:76�(a+ b=4 + � d=2)Ntotal (4.37)

โดย Ntotal เทากบจำนวนโมลของกาซเสย กำจด � และ ออกจากสมการ (4.30) โดยใชสมการ (4.31) yO2 � 12yCO = (�� 1)(a+ b=4 + � d=2)Ntotal (4.38)

หารสมการ (4.32) ดวยสมการ (4.33)yN2yO2 � 0:5yCO = 3:76�(�� 1)แกสมการหา � � = yN2yN2 � 3:76(yO2 � 0:5yCO) (4.39)

หลงจากไดคา � แลว AFRA คำนวณไดจากAFRA = �AFRT (4.40)

ตวอยาง C3H8 เผาไหมในอากาศแลวไดกาซเสยแหงซงมสดสวนโดยปรมาตรของ CO2, O2 และ CO เทากบ 11.5%, 2.7% และ 0.7% ตามลำดบ จงหาอตราสวน

4.5 อากาศสวนเกน 63

อากาศตอเชอเพลงจรงในการเผาไหม

วธทำคา AFRT ของ C3H8 เทากบ 23.8 โมลอากาศ/โมลเชอเพลง ในการหาคา �

จากสมการ (4.31) ตองทราบสดสวนโดยปรมาตรของ N2 ซงคำนวณไดดงนyN2 = 1� yCO2 � yO2 � yCO= 0:851และเนองจากเชอเพลงไมม N (e = 0) ดงนน� = 0:851=(0:027� 007=2)0:851=(0:027� 007=2)� 3:76= 1:116=) AFRA = 1:116� 23:8 = 26:56 molair=molfuel

4.5 อากาศสวนเกน

ปรมาณอากาศเชงทฤษฎเปนเพยงความตองการขนตำสำหรบการเผาไหมสมบรณแตในความเปนจรงความตองการอากาศสำหรบการเผาไหมจะมากกวานเพราะอากาศกบจะไมผสมกนอยางทวถง จะมบางบรเวณทมอากาศมากเกนไป (lean mixture) และบางบรเวณทมเชอเพลงมากเกนไป (rich mixture) ซงอนหลงนจะเปนตนเหตของการเผาไหมไมสมบรณ เพอแกปญหาน อากาศทใหในการเผาไหมจะตองมสวนเกนจากปร-มาณพอดตามทฤษฎ อากาศสวนเกนมกบงบอกเปนเปอรเซนตของปรมาณอากาศเชงทฤษฎ ตวอยางเชน อากาศสวนเกน 20% คอปรมาณอากาศทมากกวาปรมาณอากาศเชงทฤษฎ 20% สตรการคำนวณเปอรเซนตอากาศสวนเกน (e) คอe = �AFRA � AFRTAFRT �� 100 (4.41)

ถงแมวาอากาศสวนเกนจะลดการเผาไหมไมสมบรณ แตอากาศสวนเกนจะทำใหเกดการสญเสยพลงงานความรอน เนองจากความรอนบางสวนจะตองถกใชไปกบการทำให N2 และ O2 บางสวนในอากาศสวนเกนรอนขนกอนทมนจะถกปลอยออกไปสสงแวดลอม ความตองการอากาศสวนเกนขนอยกบปจจยหลายอยาง เชน ชนดของ


เชอเพลง ลกษณะเตาเผา ลกษณะหวเผา (burner) และอตราการผลตไอนำ ตามปกตถานหนตองการอากาศสวนเกน 15-30% ในขณะทเชอเพลงกาซตองการ 5-10% และเชอเพลงเหลวตองการ 3-15% สำหรบอตราการผลตไอนำมผลตออากาศสวนเกนเพราะอตราการผลตไอนำแปรผนกบอตราการไหลของกาซเสยถากาซเสยไหลชาลง การผสมกนระหวางอากาศกบเชอเพลงอยางเหมาะสมจะเกดยากขน ดงนนปรมาณอากาศสวนจะตองเพมมากขนถาอตราการผลตไอนำลดลง ในกรณของการเผาไหมโดยใชถานหนปรมาณอากาศสวนเกนอาจตองเพมขนเทาตวถาอตราการผลตไอนำลดลงครงหนง

การวดอากาศสวนเกนอาจกระทำไดทางออมจากการวดสดสวนของ O2 และ CO2ในกาซเสย ถาสมมตวาการเผาไหมเชอเพลง CmHn เปนการเผาไหมสมบรณโดยม O2ในกาซเสย

CmHn + ��m+ n4� (O2 + 3:76N2) �! mCO2 + h(�� 1)�m + n4�iO2+ n2H2O + 3:76��m + n4�N2(4.42)

สดสวนโดยโมลของ O2, CO2 ในกาซเสยแหงและอากาศสวนเกนของปฏกรยาการเผาไหมนมคาเทากบ yO2 = [(�� 1)(m + n=4)4:76�(m+ n=4)� n=4yCO2 = m4:76�(m+ n=4)� n=4e = 100(�� 1)ซงทำใหไดสมการระหวาง yO2 และ yCO2 กบ e ดงนyO2 = 0:01e4:76(1 + 0:01e)� n=(4m+ n)yCO2 = 4m=(4m+ n)4:76(1 + 0:01e)� n=(4m+ n)

รปท 4.1 เปนกราฟระหวาง yO2 และ yCO2 กบ e ในการเผาไหมเชอเพลง CmHnทมคา m และ n ตางกน จะเหนวาเสนโคงของ yO2 ในการเผาไหมทกเชอเพลงมลกษณะคลายกนมาก ในทางตรงขามเสนโคงของ yCO2 ขนกบชนดของเชอเพลงอยางชดเจน เหตผลคอ CO2 ขนกบสดสวนของคารบอนในเชอเพลง ถานหนมสดสวนของคารบอนมากกวากาซมเทน ปรมาณ CO2 ทไดจากการเผาไหมถานหนจงมากกวาทไดจากการเผาไหมกาซมเทน

4.5 อากาศสวนเกน 65

รปท 4.1: ความสมพนธระหวาง yO2 และ yCO2 กบ e ในการเผาไหมเชอเพลงไฮโดรคารบอน

ถงแมวาปรมาณอากาศสวนเกนจะหาไดจากการวด O2 หรอ CO2 แตการวด O2เปนทนยมมากกวาเนองจาก

• เสนโคงการเปลยนแปลง O2 ตามเปอรเซนตอากาศสวนเกนจะคลายกนไมวาเชอเพลงจะเปนถานหน นำมนเตาหรอกาซธรรมชาต ในขณะทชนดของเชอเพลงมผลอยางมากตอเสนโคงของ CO2

• เสนโคงของ CO2 มความชนนอยกวาเสนโคงของ O2 ซงทำใหการวด CO2 ตองมความแมนยำสงกวาการวด O2 เพอใหไดคาอากาศสวนเกนทมความคลาดเคลอนเทากน

• CO2 ละลายนำดกวา O2 การวดปรมาณอากาศสวนเกนดวยการวด CO2 จงอาจใหคาทผดพลาดมากกวา


รปท 4.2 แสดงการเปลยนแปลงของสดสวนของ CO2, O2 และ CO ตามปรมาณอากาศทใชเผาไหม เปนทนาสงเกตวาสดสวนของ CO2 ทมากเปนสงดเพราะหมายความวาการเผาไหมมประสทธภาพสง ในทางตรงขามสดสวนของ O2 ทมากเกนไปเปนสงทไมพงประสงคเพราะมนหมายถงความรอนปรมาณมากทสญเสยไปกบอากาศสวนเกน

รปท 4.2: การเปลยนแปลงของสดสวนของ O2 CO2 และ CO ในกาซเสยตามอากาศสวนเกน

ถงแมวาปรมาณ O2 ทเพมขนจะบงบอกถงอากาศสวนเกนทเพมขน แตถามอา-กาศรวไหลเขามาในระบบหลงจากการเผาไหมสนสดแลว ปรมาณ O2 จะไมสามารถใชหาปรมาณอากาศสวนเกนอยางถกตองเพราะ O2 บางสวนมาจากอากาศทรวไหลเขามาในระบบ ถาคดวาปรมาณ O2 ทวดไดมาจากการเผาไหมเพยงแหลงเดยวและไปลดปรมาณ O2 ผลทตามมาอาจเปนการเผาไหมไมสมบรณเพราะโดยแทจรงแลว กระบวน-การเผาไหมกำลงขาดอากาศ

สดสวนของ CO ทเพมขนกบงบอกอยางชดเจนถงการเผาไหมไมสมบรณทรน-แรงขน โดยไมขนกบการรวไหลของอากาศเขาสระบบ การวดทง O2 และ CO อาจกระทำควบคกนเพอผลการวเคราะหอากาศสวนเกนทแมนยำ ดงทไดกลาวไว ขางตนอากาศสวนเกนทำใหเกดการสญเสยพลงงาน ดงนนปรมาณอากาศสวนเกนควรจะนอยทสดเทาทจะทำใหการเผาไหมเกดขนอยางสมบรณ วธหนงทใชควบคมปรมาณอากาศสวนเกนไดคอการลดอากาศสวนเกนลงมาเรอย ๆ ถาพบวาสดสวนของ O2 มากไปพรอมกบตรวจวด CO เมอ CO เรมเพมขน กใหหยดลดอากาศสวนเกนแลวใหเพมมนขนมาตามเลกนอยสมควร ปรมาณอากาศสวนเกนทไดขณะนนาจะเปนคาทเหมาะสมทสดในแงของการสงเสรมการเผาไหมสมบรณและการประหยดพลงงาน

4.6 อณหภมจดนำคาง 67

4.6 อณหภมจดนำคาง

เนองจากถานหนมกำมะถนเปนสวนประกอบ กาซเสยจะประกอบไปดวย SO2ซงเกดขนจากปฏกรยา

S + O2 �! SO2SO2 จะทำปฏกรยากบ O2 กลายเปน SO3

SO2 + 12O2 �! SO3ถาไอนำในกาซเสยควบแนน SO3 จะทำปฏกรยากบนำจะทำใหเกดกรดซลฟรก (sulfu-ric acid)

SO3 + H2O �! H2SO4ซงมความสามารถในการกดกรอนโลหะสง จงเปนอนตรายตออปกรณททำดวยโลหะดงนนจงมความจำเปนตองปองกนการเกดกรดชนดนขนดวยการเลอกใชถานหนทมกำ-มะถนตำและตดตงระบบกำจด SO2 นอกจากนยงควรควบคมไมใหเกดการควบแนนของไอนำในกาซเสยทจะทำใหมนำมาทำปฏกรยากบกาซ SO2 ได

ไอนำในกาซเสยเกดจากปฏกรยาการเผาไหมทความดนบรรยากาศ (p) เทากบ 1atm ความดนยอย (partial pressure) ของไอนำ (pH2O) มคาเทากบpH2O = yH2Opโดยท yH2O คอสดสวนโดยโมลของไอนำ ถาอณหภมของกาซเสยลดลงเรอย ๆ โดยทความดนคงทท 1 atm ในทสดไอนำจะควบแนน อณหภมทการควบแนนเรมเกดขนเรยกวาอณหภมจดนำคาง (dew-point temperature) ซงมคาเทากบอณหภมของไอนำอมตวทความดน pH2O ตราบใดทอณหภมของกาซเสยสงกวาอณหภมน จะไมมการควบแนนของนำ ดงนนอณหภมของกาซเสยจงถกควบคมใหสงกวาอณหภมจดนำคางของกาซเสย

4.7 อปกรณเผาไหม

หวขอทผานมากลาวถงองคประกอบทางเคมของการเผาไหมซงประกอบดวยเชอเพลงและอากาศ แตการเผาไหมจะเกดขนไดอยางสมบรณกตอเมอมองคประกอบทางกายภาพทเหมาะสมดวย ปจจยททำใหการเผาไหมเกดขนอยางสมบรณมสามประการคอ


1. อณหภมของเชอเพลงจะตองสงกวาอณหภมจดระเบด (ignition temperature)เชอเพลงทผสมกบอากาศจะไมทำปฏกรยาเผาไหมกนถาอณหภมของเชอเพลงตำเกนไป การเผาไหมจะเกดขนเมอเชอเพลงไดรบความรอนจนมอณหภมถงอณห-ภมจดระเบด ตารางท 4.5 แสดงอณหภมจดระเบดของเชอเพลงบางชนดทใชในโรงไฟฟา

ตารางท 4.5: อณหภมจดระเบดของเชอเพลงบางชนด

เชอเพลง อณหภมจดระเบด (ÆC)C 700S 243H2 500CO 609CH4 580C2H6 515C3H8 480

2. เชอเพลงกบอากาศตองผสมกนอยางทวถง ถงแมวาจะมปรมาณอากาศมากเมอเทยบกบเชอเพลงแตการเผาไหมอยางไมสมบรณกอาจเกดขนถามบางจดทมอา-กาศไมเพยงพอกบเชอเพลงอนเปนผลจากการทอากาศกบเชอเพลงไมไดผสมกนอยางทวถง วธหนงทชวยทำใหเชอเพลงกบอากาศผสมกนคอการทำใหเกดการไหลปนปวนของอากาศผานเชอเพลง

3. มเวลาทมากพอสำหรบการเผาไหม การเผาไหมอาจไมสมบรณในชวงเวลาสน ๆเนองจากการผสมกนระหวางอากาศกบเชอเพลงอาจไมเกดขนอยางทนททนใดแตถาใหเวลาการเผาไหมทมากพอ การผสมกนกมโอกาสเกดขนและในทสดการเผาไหมกจะเปนไปอยางสมบรณ

การเผาไหมของเชอเพลงเกดขนภายในเตาเผา (furnace) ซงถกออกแบบมาเพอการเผาไหมแบบสมบรณโดยคำนงถงปจจยทงสามประการดงกลาว ดงนนอปกรณเผาไหมในเตาเผาจะถกออกแบบใหม (1) มระบบใหความรอนแกเชอเพลงเพอเพมอณหภมใหสงกวาอณหภมจดระเบด (2) ควบคมปรมาณอากาศสำหรบการเผาไหมไดและมระบบการผสมเชอเพลงกบอากาศ และ (3) มขนาดใหญพอทใหอากาศกบเชอเพลงมเวลาเผาไหมทเพยงพอ

4.7 อปกรณเผาไหม 69

4.7.1 อปกรณเผาไหมเชอเพลงกาซและเชอเพลงเหลว

อปกรณหลกคอ หวเผา (burner) ซงมหนาทสำคญประการแรกคอ จายเชอเพลงกบอากาศและผสมกบเชอเพลงกบอากาศระหวางการเผาไหม รปท 4.3 แสดงการไหลของเชอเพลงและอากาศในหวเผา จะเหนวาเชอเพลงและอากาศไหลแยกกนภายในหวเผาและจะผสมกนนอกหวเผา การทเชอเพลงไมผสมกบอากาศภายในหวเผาทำใหการเผาไหมไมเกดขนภายในหวเผาและชวยปองกนอบตเหต อยางไรกตามหวเผาตองไดรบอาการออกแบบใหเชอเพลงตองผสมกบอากาศนอกหวเผา รปท 4.3 แสดงใหเหนวาอากาศมการไหลวนซงทำใหเกดการไหลแบบปนปวนของอากาศ นอกจากนอากาศบางสวนยงไหลยอนกลบเขาเปลวไฟซงทำใหมการผสมกนระหวางอากาศกบเชอเพลงอยางมประสทธภาพ

รปท 4.3: การไหลของเชอเพลงและอากาศในหวเผา

หนาทอกประการหนงของหวเผาคอ จดระเบดเชอเพลงใหเกดการเผาไหม การใหความรอนแกเชอเพลงนยมใชประกายไฟจากความตางศกยไฟฟา 11 kV ซงทำใหเกดเปลวไฟนำรอง (pilot flame) และนำไปสเปลวไฟหลก (main flame) ในทสด พลงงานททำใหเกดการจดระเบดขนกบหลายปจจยเชน ชนดของเชอเพลง ความเรวของเชอเพลงอตราสวนอากาศตอเชอเพลง เปนตน พลงงานมคาตำสดเมออตราสวนอากาศตอเชอเพลงเปนอตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎ หลงจากไดเปลวไฟหลกแลว หวเผาตองทำหนาทควบคมเปลวไฟใหมเสถยรภาพเพอใหการเผาไหมเกดขนอยางตอเนอง หวเผามกลไกการควบคมปรมาณอากาศและเชอเพลงเพอใหเปลวไฟมเสถยรภาพ อตราการไหลของเชอเพลงจะมคาตำสดคาหนงซงทำใหเปลวไฟมเสถยรภาพได ในขณะเดยวกนหวเผากถกออกแบบใหจายเชอเพลงไดไม เกนอตราการไหลสงสด อตราสวนระหวางอตราการไหลสงสดกบอตราการไหลตำสดของเชอเพลงในหวเผาเรยกวา อตราลดเปลว


ไฟ (turndown ratio) ในสภาวะทอตราลดเปลวไฟมคาตำ อตราการไหลของเชอเพลงและอากาศจะลดลงจากสภาวะปกต การผสมกนของอากาศกบเชอเพลงจะยากขนเนอง-จากความปนปวนของการไหลของอากาศลดลงตามอตราการไหล ดงนนอตราสวนอา-กาศตอเชอเพลงจงตองเพมขนเพอควบคมใหการเผาไหมสมบรณ

ในกรณของเชอเพลงเหลว การเผาไหมจะยากกวาการเผาไหมเชอเพลงกาซเนอง-จากเชอเพลงเหลวตองไดรบความรอนเพอเปลยนสถานะเปนไอกอนทจะเผาไหม ความเรวของการเปลยนสถานะขนกบพนผวของเชอเพลงเหลว ดงนนหวเผาสำหรบเชอเพลงเหลวจงประกอบดวยหวฉด (atomizer) ซงจะทำใหเชอเพลงแตกตวเปนละอองเลก ๆจำนวนมาก ขนาดของละอองทเลกลงจะเพมพนผวสมผสระหวางเชอเพลงกบอากาศ ทำใหเชอเพลงกลายเปนไอเรวขนและเพมโอกาสของการเกดการเผาไหมสมบรณ มหลายวธททำใหเชอเพลงแตกตวเปนละอองไดเชน (1) การสงเชอเพลงภายใตความดนสงผานรเลก ๆ (2) การสงเชอเพลงทความดนปกตใหไหลมาบรรจบกบไอนำหรออากาศทมความดนสงตรงทางออกของหวฉดหรอ (3) การสงเชอเพลงผานทอกลวงทหมนรอบแกนดวยความเรวสง แรงหนศนยกลางจะทำใหเชอเพลงแตกตวเปนละอองทปลายหวฉด

4.7.2 อปกรณเผาไหมเชอเพลงแขง

สวนประกอบของเชอเพลงแขงทเผาไหมไดคอสารระเหยและคารบอนอสระ สารระเหยคอ กาซหลายชนดทแทรกตวในเชอเพลงโดยมกาซบางชนดเชน H2, CH4 และCO ทเผาไหมได เมอเชอเพลงแขงไดรบความรอน สารระเหยจะถกขบออกจากเชอเพลงและกาซทเผาไหมไดจะเผาไหมกบอากาศ ความรอนทเกดขนจะทำใหเชอเพลงแขงกลายเปนถานโคกซงกคอคารบอนอสระกบเถา จากนนถานโคกกจะเผาไหมกบอากาศจนกลายเปนขเถาในทสด การเผาไหมถานโคกเกดขนคอนขางชาและเปนสาเหตททำใหเชอเพลงแขงเผาไหมไดยากกวาเชอเพลงเหลวและเชอเพลงกาซ อปกรณเผาไหมเชอเพลงแขงจงมความซบซอนมากกวาอปกรณเผาไหมเชอเพลงเหลวและเชอเพลงกาซ อปกรณเผาไหมเชอเพลงแขงทใชในโรงไฟฟาแบงเปน เครองปอนเชอเพลง (mechanical stok-er) เครองบดละเอยดกบหวเผา (pulverizer-burner system) และระบบเผาไหมแบบฐานไหล (fluidized bed combustion system)

เครองปอนเชอเพลง

สวนประกอบสำคญของเครองปอนเชอเพลงแขงคอ ตะกรบ (grate) ซงเปนฐานสำหรบกองเชอเพลงขณะเผาไหม ตะกรบอาจถกออกแบบใหอยนงหรอเคลอนทได เชอ


เพลงทผานกระบวนการลดขนาดจนมขนาดเลกพอเหมาะจะถกปอนเขาตะกรบดวยวธตาง ๆ เชน ปอนจากดานลาง ปอนจากดานบน และปอนจากเครองกระจาย (spread-er) ซงขบเคลอนดวยมอเตอร การปอนเชอเพลงดวยเครองกระจายนบวามประสทธภาพมากทสดเพราะทำใหเชอเพลงกระจายไปทวตะกรบและไมกระจกตวทจดใดจดหนง การจดระเบดการเผาไหมอาจใชหวเผาทใชเชอเพลงเหลวหรอเชอเพลงกาซ หรออาจใชแหลงความรอนซงอาจเปนโคง (arch) ทแผรงสความรอนมายงกองเชอเพลงเพอใหมอณหภมสงพอทจะเรมการเผาไหมได นอกจากนจะตองมระบบการควบคมอากาศใหมปรมาณมากพอสำหรบการเผาไหมสมบรณ รปท 4.4 แสดงใหเหนแผนภาพของเครองปอนเชอเพลงแขงแบบทใชเครองกระจาย (spreader stoker) จะเหนวามการจายอากาศเขาทางดานลางเพอเผาไหมเชอเพลงบนตะกรบและทางดานบนเพอเผาไหมอนภาคเชอเพลงทลอยขนไปในอากาศ

รปท 4.4: เครองปอนเชอเพลงแขงแบบทใชเครองกระจาย

เครอง ปอน เชอเพลง แขง แบบ ท ใช เครอง กระจาย เหมาะ กบ โรงไฟฟา ขนาด เลกเพราะให อตราการเผาไหม ทคอนขางตำ ซง เปนผลจากอตราการปอนเชอเพลง ทจำกดดงนนปกรณเผาไหมประเภทนเกอบทงหมดจงพบในโรงไฟฟาชวมวล ขอไดเปรยบอกประการหนงซงทำใหอปกรณเผาไหมประเภทนไดรบความนยมในโรงไฟฟาชวมวลคอเชอเพลงชวมวลบางชนดเชนแกลบและชานออยมขนาดเลกอยแลวและไมตองผานกระ-บวนการลดขนาดอก


เครองบดละเอยดกบหวเผา

กอนเชอเพลงแขงทมขนาดใหญเผาไหมยาก ถาเชอเพลงแขงสามารถถกทำใหละ-เอยดเปนผง การเผาไหมจะงายขนมาก ถานหนเปนเชอเพลงแขงทบดละเอยดไดดวยเครองบดถานหน (pulverizer) การออกแบบเครองบดถานหนตองพจารณาปจจยสำคญ3 ประการคอความชนของถานหน ความสามารถในการถกบดและปรมาณสารระเหยในถานหน ความชนทำใหผงถานหนจบตวกนเปนกอน ดงนนในเครองบดถานหนตองมการเปาถานหนใหแหงโดยใชอากาศรอน ความสามารถในการถกบดวดไดจากดรรชนฮารดโกรฟซงมคาประมาณ 26 ถง 112 ตวเลขตำหมายถงถานหนทแขงและยากตอการบด สำหรบปรมาณสารระเหยเปนตวบอกวาถานหนควรตองถกบดละเอยดขนาดไหนถานหนทมสารระเหยมากอาจตองการการบดนอยกวาถานหนทมสารระเหยนอยเพราะสารระเหยชวยใหการเผาไหมงายขน เพราะฉะนนการบดจงควรทำให 85% ของถานหนแอนทราไซตผานชองตะแกรงเบอร 200 (200 mesh) หรอมขนาดเลกกวา 74 ไมครอนแตทำใหเพยง 60% ของถานหนลกไนตผานชองตะแกรงเบอร 200 การบดถานหนใหละเอยดเกนความจำเปนจะทำใหสญเสยพลงงานโดยใชเหต

ผงถานหนจะถกเกบในถงเกบซงอยใกลเตาเผาจะทำหนาทปอนผงถานหนสเตาเผาเมอตองการเผาไหมถานหนโดยผงถานหนจะถกสงไปยงสหวเผาทมลกษณะคลายรปท 4.3 แตเชอเพลงจะไหลในทอพรอมกบอากาศดวยระบบนวแมตก หวเผาทำหนาท4 อยางคอ (1) ผสมของผงถานหนกบอากาศในสดสวนทเหมาะสม (2) จดระเบดและควบคมความมเสถยรภาพของเปลวไฟ (3) ปองกนการไหลยอนของเปลวไฟ (flashback)กลบเขาไปในหวเผา ซงหมายความวาอตราการไหลของสวนผสมของผงถานหนกบอา-กาศออกจากหวเผาจะตองมากพอ และ (4) เพมเตมอากาศเพอใหการเผาไหมสมบรณ

เครองบดละเอยดกบหวเผาเหมาะกบโรงไฟฟาขนาดใหญเพราะสามารถใหอตราการเผาไหมทสงและตอบสนองตอความตองการพลงงานความรอนทรวดเรว ขอจำกดของอปกรณ เผาไหมประเภทนคอ เชอเพลงตองอยในสภาพทบดละเอยด เชอเพลงชวมวลสวนมากไมสามารถอยในสภาพบดละเอยดไดจงไมเหมาะทจะใชกบอปกรณเผาไหมประเภทน ดงนนโรงไฟฟาทใชเครองบดละเอยดกบหวเผาจงเปนโรงไฟฟาถานหน

ระบบเผาไหมแบบฐานไหล

รปท 4.5 แสดงอนภาคของแขงจำนวนมากทรวมตวกนเปนฐานอยบนแผนทมรพรน ถาไมมกาซไหลผานแผน อนภาคกจะเรยงตวทบกนตามปกต แตถามกาซทมความเรวมากพอไหลผาน อนภาคของแขงเหลานจะแปรสภาพเปนฐานไหลเพราะอนภาคจะถกพยงตวใหลอยอยในกาซ โดยอนภาคจะคลกเคลากบกาซเปนอยางด ลกษณะทางกายภาพของฐานไหลทมกาซพยงจะคลายกบของไหล


รปท 4.5: หลกการทำงานของฐานไหล

ถาอนภาคเปนกอนถานหนขนาดเลกกวา 32 mm และกาซดงกลาวขางตนเปนอากาศทมความเรว 0.6-4.6 m/s ฐานไหลทเกดขนจะมการผสมกนระหวางถานหนกบอากาศอยางทวถง และถาอณหภมของฐานไหลสงกวาจดระเบดของการเผาไหม การเผาไหมกจะเกดขน ระบบเผาไหมแบบฐานไหลสามารถเผาไหมถานหนคณภาพตำทมความชน เถาและกำมะถนมากไดเปนอยางด ซงนอกจากถานหนแลว ระบบเผาไหมนยงสา-มารถใชเชอเพลงแขงอน ๆ เชนฟางขาว ชานออย เศษขยะไดอกดวย

นอกจากเชอเพลงแขงและขเถาจากการเผาไหมแลว ฐานไหลยงประกอบไปดวยทรายซงเปนวสดเฉอยทไมเผาไหมและปนขาว เมดของปนขาวประกอบดวยแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) เปนสวนใหญและม MgCO3 อยบาง CaCO3 จะทำแตกตวเปนCaO และ CO2 เมอไดรบความรอนทเหมาะสม

CaCO3 �! CaO + CO2CaO จะทำปฏกรยากบ SO2 และ O2 ดงน

CaO + SO2 + 0:5O2 �! CaSO4ซงเปนปฏกรยากำจด SO2 อณหภมททำใหเกดปฏกรยานดทสดประมาณ 815ÆC ถง870ÆC ซงใกลเคยงกบอณหภมการเผาไหมภายในฐานไหล CaSO4 ทเกดขนและตกคางอยในฐานจะถกถายเทออกจากฐานเปนระยะ ๆ สวนทลอยไปกบกาซเสยกจะถกแยกออกจากกาซเสยกอนกาซเสยจะถกปลอยสบรรยากาศ

ระบบเผาไหมในฐานไหลมอณหภมการเผาไหมประมาณ 900ÆC ซงนอยกวาอณ-หภมในระบบเผาไหมแบบอนมาก ขอดของอณหภมเผาไหมตำนอกจากจะชวยใหปฏกร-ยากำจดซลเฟอรไดออกไซดเกดขนไดดแลว ยงมขอดอกสองประการ ประการแรกคอ


อณหภมเผาไหมตำชวยลดการเกดกาซ NOx ซงเกดขนมากทอณหภมเผาไหมสง ถงแมวาอณหภมเผาไหมของระบบนจะตำกวาระบบอน แตปจจยสำหรบการเผาไหมสม-บรณยงมอยครบครนรวมทงเวลาของการเผาไหมทมากจากการทถานหนสามารถลอยอยในอากาศไดนาน ๆ ประการทสองคอ อณหภมเผาไหมในฐานไหลตำกวาอณหภมเถาหลอมเหลวซงจะลดปญหาการเกดสแลกและฟาวลง

ระบบเผาไหมในฐานไหลทำงานไดทความดนบรรยากาศและทความดนสง ระบบเผาไหมในฐานไหลมสองแบบคอ แบบฟองอากาศ (bubbling fluidized bed combus-tion) และแบบไหลเวยน (bubbling fluidized bed combustion) รปท 4.6 แสดงเตาเผาในระบบเผาไหมในฐานไหลแบบฟองอากาศ อากาศทไหลเขาฐานไหลมความเรวพอเหมาะทจะทำใหเกดฐานไหลซงเปนพนทสเทาในรป การเผาไหมระหวางเชอเพลงแขงกบอากาศทำใหฐานไหลมอณหภมสง ดงนนจงมการฝงทอนำในฐานไหลเพอถายเทความรอนจากการเผาไหมสนำ นอกจากนผนงของเตาเผาอาจทำดวยผนงนำเพอเพมประสทธภาพการดดกลนความรอนในเตาเผา กาซเสยทลอยขนจากฐานไหลมอณหภมสงและสามารถถายเทความรอนให เครองทำไอนำยวดยง เครองใหความรอนซำ และเครองประหยดเชอเพลง กาซเสยจะมอนภาคของเชอเพลง ปนขาวและทรายปะปนในปรมาณมาก จงตองใชอปกรณกำจดฝนดกอนภาคเหลานและสงกลบเขาฐานไหล กาซเสยทปราศจากอนภาคจะถกระบายออกจากระบบเผาไหม

รปท 4.6: ระบบเผาไหมในฐานไหลแบบฟองอากาศ

รปท 4.7 แสดงระบบเผาไหมในฐานไหลแบบไหลเวยน อากาศทไหลเขาฐานไหลมความเรวสงมากจนทำใหอนภาคของเชอเพลงลอยไปกบอากาศ การกระจายตวของเชอเพลงคอนขางคงททวเตาเผาซงทำใหอณหภมเผาไหมคงทเชนกน ผนงของเตาเผาแบบ

4.8 การควบคมมลภาวะทางอากาศ 75

นเปนผนงนำเพอดดกลนความรอนจากการเผาไหม กาซเสยและเชอเพลงทเหลอจากการเผาไหมจะไหลออกจากเตาเผาเขาสอปกรณกำจดฝนซงจะแยกอนภาคของเชอเพลงออกจากกาซเสย เชอเพลงจะถกสงกลบเขาเตาเผา กาซเสยทไหลออกมอณหภมสงและจะไหลผานเครองทำไอนำยวดยง (SH) เครองใหความรอนซำ (RH) เครองประหยดเชอเพลง (Eco) และเครองอนอากาศ (AH) ทอยนอกเตาเผากอนทจะระบายออกสบรรยากาศ

รปท 4.7: ระบบเผาไหมในฐานไหลแบบไหลเวยน

ถงแมวาระบบเผาไหมแบบฐานไหลมขอดมากมาย แตอปกรณเผาไหมมขนาดเลกและราคาแพง จงอาจไมเหมาะกบโรงไฟฟาขนาดใหญแตเหมาะกบโรงไฟฟาขนาดเลกทใชเชอเพลงทเผาไหมยากดวยอปกรณเผาไหมแบบเครองปอนเชอเพลงและอปกรณเผาไหมแบบเครองบดละเอยดและหวเผา นอกจากนเชอเพลงทมกำมะถนมากซงทำใหเกดSO2 ปรมาณมากและยากแกการกำจดมความเหมาะสมทจะเผาไหมดวยอปกรณประเภทน อยางไรกตามมแนวโนมทอปกรณเผาไหมแบบฐานไหลจะไดรบความนยมมากขนในการใชเผาไหมเชอเพลงทหลากหลายมากขน

4.8 การควบคมมลภาวะทางอากาศ

มลภาวะทางอากาศหมายถงภาวะทอากาศมการเจอปนของสารหรอสงปนเปอนในปรมาณทมากพอททำใหเปนอนตรายตอมนษยและสงแวดลอม อากาศมสวนประ-กอบหลกคอ N2 และ O2 ถงแมวาจะมกาซอนปะปนอยดวยตามธรรมชาตกมปรมาณนอยเกนกวาทจะสงผลเสยตอมนษย สงปะปนเหลานจงไมนบเปนมลภาวะทางอากาศ


สาเหตสำคญททำใหมกาซอนหรอสารอนทปะปนเพมเตมในอากาศในปรมาณทมากพอจนนบเปนมลภาวะทางอากาศคอ การเผาไหมในสถานการณตาง ๆ เชน การเผาไหมในโรงไฟฟา การเผาไหมในยานยนตทใชนำมนเปนเชอเพลง การเผาพนททำการเกษตรและการเกดไฟปา เปนตน การเผาไหมในโรงไฟฟาทำใหเกดสารปนเปอนทสำคญมสามตวคอ ฝน (particulate) ออกไซดของไนโตรเจน (NOx) และ SO2 สารปนเปอนเหลานเปนอนตรายตอมนษยและสงแวดลอมตามรายละเอยดตอไปน

• ฝนเกดจากการเผาไหมเชอเพลงทมเถาและขเถาทเหลอมสภาพเปนเถาลอยปะปนไปกบกาซเสย ผลเสยของฝนคอ เปนอนตรายตอระบบทางเดนหายใจโดยเฉพาะอยางยงฝนขนาดเลกซงสามารถผานเขาไประบบทางเดนหายใจสวนนได นอก-จากนฝนยงเปนผลเสยตอสภาพแวดลอมเนองจากฝนปรมาณมากบดบงทศนวสยและอาจทำใหเกดอปสรรคในการคมนาคม

• NOx หมายถงกาซไนตรกออกไซด (NO) และกาซไนโตรเจนไดออกไซด (NO2)เกดจากการเผาไหมเชอเพลงในอากาศทอณหภมสง NO เปนกาซไมมสและกลนเมอทำปฏกรยาทางเคมกบออกซเจนในอากาศจะเปลยนเปน NO2 ซงมกลนฉนและเปนอนตรายตอระบบทางเดนหายใจโดยสามารถทำใหเกดโรคหลอดลมอก-เสบและปอดบวมได

• SO2 เกดจากการเผาไหมกำมะถนในเชอเพลงกบออกซเจนในอากาศ เมอ SO2ทำปฏกรยากบนำกลายเปนกรดกำมะถน (sulfuric acid) ซงมฤทธกดกรอนสงจงเปนอนตรายตอระบบทางเดนหายใจ นอกจากนอากาศทม SO2 ยงทำใหฝนกลายเปนฝนกรดซงเปนอนตรายตอระบบนเวศน

ถงแมวามลภาวะทางอากาศจะมทมาจากหลายแหลงกำเนดแตโรงไฟฟาเปนแหลงกำเนดมลภาวะทางอากาศทมกมกระแสตอตานอยางมากเนองจากโรงไฟฟาจำนวนมากมขนาดใหญและการดำเนนงานของโรงไฟฟาในประเทศไทยบางโรงในอดตมประวตทไมดนก ดวยเหตผลนทำใหมกฏหมายสงแวดลอมควบคมการทำงานของโรงไฟฟาในปจจ-บน วศวกรรมโรงไฟฟาจะตองมความรและความเขาใจเกยวกบมลภาวะทางอากาศจากโรงไฟฟาและการควบคมมลภาวะ รปท 4.8 แสดงตำแหนงตดตงระบบกำจดมลภาวะของโรงไฟฟาพลงความรอน

4.8.1 ฝน

การเผาไหมทไมสมบรณอาจทำใหมคารบอนเหลอจากการเผาไหมและลอยออกไปพรอมกบกาซเสยในรปของเขมาและควน นอกจากนระบบการเผาไหมทใชถานหน


รปท 4.8: ระบบกำจดมลภาวะของโรงไฟฟาพลงความรอน

หรอนำมนเตาคณภาพไมดจะไดขเถาเปนผลผลต บางสวนของขเถาจะตกลงสกนเตาเผากลายเปนขเถาจม (bottom ash) บางสวนจะถกดกในเครองประหยดเชอเพลง สวนทเหลอจะเปนขเถาลอย (fly ash) ปะปนไปกบกาซเสยทจะไหลเขาสปลอง สดสวนของขเถาเหลานขนกบระบบการเผาไหมดงแสดงในตารางท 4.6

ตารางท 4.6: สดสวนขเถาจากการเผาไหมในระบบตาง ๆ

ระบบการเผาไหม ขเถาจม ขเถาถกดกเครองประหยดเชอเพลง ขเถาลอย(%) (%) (%)

ระบบเครองปอนเชงกล 60-80 0-5 20-40ระบบถานหนผง 10-30 0-10 70-90ระบบฐานไหล 5-90 0-5 10-95

คารบอนทไมเผาไหมและขเถาลอยเปนองคประกอบหลกของฝนในกาซเสย ถาปลอยกาซออกไปเลยกจะกอใหเกดมลภาวะทางอากาศ ดงนนจงตองมเครองแยกฝนออกจากกาซเสย เครองแยกฝนทใชในโรงไฟฟาไดแกเครองดกฝนดวยไฟฟาสถต (elec-trostatic precipitator) เครองดกฝนดวยถงกรอง (fabric filter) และเครองแยกดวยไซโคลน (cyclone separator)


เครองดกฝนดวยไฟฟาสถต

เครองดกฝนแบบนประกอบดวยอเลกโทรดเปลง (emitting electrode) และแผนสะสมตอกบสายดน (grounded collecting plate) เสนลวดอเลกโทรดเปลงหลายเสนวางระหวางแผนสะสม เสนลวดไดรบศกยไฟฟาลบขนาด 20 ถง 100 kV จากแหลงกระแสไฟฟาตรงซงมากพอทจะทำใหเสนลวดเปลงแสงสวางสนำเงน รปท 4.9 แสดงการทำงานของครองน สนามไฟฟารอบ ๆ เสนลวดจะทำใหโมเลกลกาซเสยทไหลระหวางแผนสะสมแตกตวเปนไอออนบวกและอเลกตรอน ไอออนบวกจะวงเขาหาอเลกโทรดเปลงในขณะทอเลกตรอนจะวงเขาหาแผนสะสม อเลกตรอนจะถกดกจบโดยโมเลกลของกาซเสยทำใหโมเลกลมประจลบ ซงโมเลกลเหลานจะชนและถายประจลบใหอนภาคฝนสนามไฟฟาจะทำใหเกดแรงดดฝนสแผนสะสมในทสด ฝนละอองทตดอยกบแผนสะสมจะสญเสยประจบางสวนแกแผนสะสมแตกยงมประจหลงเหลอและมแรงยดฝนกบแผนสะสม สมรรถนะของเครองดกฝนจะลดลงถามฝนเกาะแผนสะสมมากเกนไป ดงนนจงตองมการกวาดฝนออกดวยอปกรณเชงกลหรอกระเทาะออกดวยการสนสะเทอนเชงกลฝนกจะตกสถงเกบ (hopper) เพอรอการกำจดในขนตอนตอไป รปท 4.10 แสดงรปดานบนและดานขางของเครองดกฝนดวยไฟฟาสถต

รปท 4.9: การทำงานของเครองดกฝนดวยไฟฟาสถต

สมรรถนะของเครองดกฝนดวยไฟฟาสถตขนกบลกษณะของขเถา สภาพตานทานไฟฟา (resistivity) ของอนภาคขเถาของเชอเพลงแตละชนดอาจไมเทากนโดยมคาตงแต 1� 108 ถง 1� 1014 .cm อนภาคทมสภาพตานทานไฟฟาสงจะรบประจไฟฟายากและมความนาจะเปนสงทอาจไหลผานเครองโดยไมถกดกจบดงนนเครองดกฝนดวยไฟฟาสถตจงตองมขนาดใหญ ในทางตรงขามอนภาคทมสภาพตานทานไฟฟาตำจะเสยประจ ใหแผนสะสมงายและอาจไหลยอนกลบเขา เครองใหม สภาพตานทานไฟฟา ทเหมาะสมมคาประมาณ 5� 109 ถง 5� 1010 .cm ปจจยอนทสงผลตอสภาพตานทานไฟฟาของฝนในกาซเสยไดแก ความชน อณหภมและ SO3 การปรบสภาพขเถาเพอลดสภาพตานทานไฟฟาอาจใช SO3


รปท 4.10: ภาพดานบนและดานขางของเครองดกฝนดวยไฟฟาสถต

เครองดกฝนดวยถงกรอง

คณสมบตของผาบางชนดในการกรองอนภาคฝนทมขนาดเลกอยางมประสทธ-ภาพทำใหการกำจดฝนดวยวธน ไดรบความนยมมากในปจจบน เครองดกฝนดวยถงกรองประกอบดวยถงกรอง (filter bag) รปทรงกระบอกกลวงหลายถงเรยงตวเปนกลมแตละถงมความยาวเสนผาศนยกลาง 125 ถง 300 mm และอาจมความสงถง 12.5 mปลายลางของถงเปดแตปลายบนของถงปด กลมถงกรองจะมถงกรองหลายพนถงทวางอยบนแผนเซล (cell plate) ซงมกาซเสยสกปรกไหลเขาทางดานลาง กาซเสยสะอาดจะไหลออกจากถงกรองทางดานบน ฝนทถกกรองจะเกาะตดกบผวของถงกรองทำใหตองมกลไกในการกำจดฝนออกจากผวของถงกรองเพอใหถงกรองทำหนาทกรองฝนไดอกเครองดกฝนดวยถงกรองแบงออกเปนสองแบบตามวธการกำจดฝนออกจากผวของถงกรอง แบบแรกคอ เครองกรองดวยถงผาแบบไหลกลบได (reverse gas fabric filter) ดงแสดงในรปท 4.11 กาซเสยสกปรกไหลเขาถงกรองจากดานลางและกาซเสยสะอาดไหลออกทางดานขาง ฝนจะถกดกภายในถงกรอง เมอถงเวลาทำความสะอาด พดลมจะเปาอากาศเขาเครองและอากาศจะไหลเขาถงกรองจากดานขางซงทำใหฝนทเกาะอยทผวในของถงกรองหลดออกและไหลลงสถงเกบพรอมกบอากาศ รปท 4.12 แสดงเครองกรอง


ดวยถงผาแบบทสองซงเรยกวา เครองกรองดวยถงผาแบบพลสเจต (pulse jet fabricfilter) กาซเสยสกปรกไหลเขาถงกรองจากดานขางซงทำใหฝนถกดกภายนอกถงกรองและกาซเสยสะอาดจะไหลออกทางดานบน เมอถงเวลาทำความสะอาดอากาศจะถกเปาเขาไปในถงกรองอยางรวดเรวทำใหถงกรองโปงขนอยางกระทนหนเปนลกคลนทวงจากบนลงลางและฝนทเกาะผวนอกของถงกรองจะกระเดนตกลงสถงเกบ

รปท 4.11: เครองกรองดวยถงผาแบบไหลกลบได

รปท 4.12: เครองกรองดวยถงผาแบบพลสเจต


เครองกรองดวยถงผาแบบพลสเจตมขนาดเลกกวาและมราคาถกกวาเครองกรองดวยถงผาแบบไหลกลบได อยางไรกตามถงกรองของเครองกรองดวยถงผาแบบพลสเจตมราคาแพงกวาถงกรองของเครองกรองดวยถงผาแบบไหลกลบไดแตทนอณหภมไดตำกวาและมอายการใชงานนอยกวา ดงนนการบำรงรกษาเครองกรองดวยถงผาแบบพลส-เจตจงมคาใชจายทแพงกวาเครองกรองดวยถงผาแบบไหลกลบได

เครองดกฝนดวยถงกรองมขอไดเปรยบเมอเทยบกบเครองดกฝนดวยไฟฟาสถตคอ สมรรถนะของเครองไมขนกบลกษณะของขเถาและปรมาณฝนในกาซเสย อยางไรก-ตามขอเสยเปรยบทสำคญของเครองดกฝนดวยถงกรองคอ คาบำรงรกษาทสงกวาและความตองการพดลมในการเปากาซเสย พดลมจะตองออกแบบใหมกำลงมากพอทจะเอาชนะความดนสญเสยในเครองทเกดจากการสะสมฝนบนผวของถงกรอง ในทางตรงขามความดนสญเสยในเครองดกฝนดวยไฟฟาสถตคอนขางคงท

เครองดกฝนดวยไซโคลน

เครองดกฝนดวยไซโคลนอาศยหลกการทวา อนภาคฝนมมวลมากกวาโมเลกลของกาซเสย แรงหนศนยกลางทกระทำตออนภาคจงมากกวา รปท 4.13 แสดงใหเหนวากาซเสยทมฝนปะปนจะไหลเขาไซโคลนทางดานบนในแนวเฉยงซงทำใหเกดการไหลวนของกาซเสยรอบ ๆ ผนงของไซโคลน อนภาคฝนกจะแยกออกจากกาซเสยโดยตกลงสถงเกบฝนขางลางในขณะทกาซเสยทสะอาดขนจะไหลยอนกลบขนขางบนออกจากไซโคลนไปได เครองดกฝนชนดนแยกอนภาคฝนขนาดใหญออกไปไดดแตไมสามารถแยกอน-ภาคฝนทมขนาดเลกได เครองนจงตองใชรวมกบเครองดกฝนดวยถงกรองหรอเครองดกฝนดวยไฟฟาสถตเพอปองกนไมใหอนภาคฝนขนาดเลกเลดลอดออกไปได

4.8.2 ออกไซดของไนโตรเจน

การเผาไหมเชอเพลงทกชนดอาจทำใหเกด NOx ปญหาการกำจด NOx จงเปนปญหาของโรงไฟฟาเกอบทกแหง วธควบคม NOx ในกาซเสยแบงเปนสองวธ วธแรกคอ การควบคมการเผาไหม (combustion control) เพอลดปรมาณการเกด NOx ใหนอยทสด วธทสองคอ การควบคมหลงการเผาไหม (post-combustion control) ซงหมายถงการกำจด NOx ทเกดขนแลวออกจากกาซเสย


รปท 4.13: เครองดกฝนดวยไซโคลน

การควบคมการเผาไหม

NOx เกดจากปฏกรยาเคมระหวางไนโตรเจนกบออกซเจนทอณหภมสง ดงนนหลกการควบคมปรมาณการเกด NOx คอ การลดอณหภมในการเผาไหม ปรมาณไน-โตรเจนหรอออกซเจน การลดไนโตรเจนกระทำไดยากเนองจากไนโตรเจนเปนสวนประ-กอบหลกของอากาศ และการเผาไหมโดยใชออกซเจนบรสทธมคาใชจายสงเกนไป นอก-จากนเชอเพลงบางชนดมไนโตรเจนเปนองคประกอบซงเปนสงทอยเหนอการควบคม วธลดอณหภมการเผาไหมวธหนงคอ การนำกาซเสยทถายเทความรอนใหแกเครองกำเนดไอนำจนมอณหภมตำลงกลบเขาเตาเผาใหม (flue gas recirculation) กาซเสยจะชวยลดอณหภมในเตาเผาได อยางไรกตาม วธนสามารถลดปรมาณ NOx ไดเพยงเลกนอยเทานน

การลดออกซเจนคอการลดปรมาณอากาศในการเผาไหม ซงอาจนำไปสการเผาไหมทไมสมบรณ อยางไรกตามขอมลจากผลงานวจยแสดงใหเหนวา การใหอากาศอยางไมเทากนทวเตาเผาสามารถลดการเกด NOx ไดเมอเทยบกบการใหอากาศเทา ๆ กนทวเตาเผาแมวาปรมาณอากาศสวนเกนในสองกรณจะเทากน การลดปรมาณอากาศในบรเวณเปลวไฟแตเพมอากาศในบรเวณทหางออกไปลดการเกด NOx และหลกการนนำไปสการออกแบบและสรางหวเผา NOx ตำ (low NOx burner) ซงเปนหวเผาแบบพเศษทพนเชอเพลงออกมาพรอมกบอากาศในปรมาณนอยแตกพนอากาศออกมาเพมในทศทางอนรอบหวฉด การใชหลกการนกบหวเผาปกตสามารถกระทำไดโดยตดตงชองเปาอากาศเพมเตม การเผาไหมแบงเปนสองชวง ชวงแรกมอากาศปรมาณนอยกวาปร-


มาณอากาศเชงทฤษฎ ชวงทสองมการใหอากาศสวนเกน วธนเรยกวาการใหอากาศเปนขน (air staging) นอกจากนการใหเชอเพลงเปนขน (fuel staging) กเขาขายการลดNOx ดวยหลกการน เตาเผาถกแบงเปนสามสวน สวนลางสดเปนสวนทมการเผาไหมหลกโดยมอากาศสวนเกนเพยงเลกนอย สวนทสองเปนสวนทมการเผาไหมซำโดยใชปรมาณอากาศนอยกวาปรมาณอากาศเชงทฤษฎ สวนทสามดานบนสดการเผาไหมโดยใชอากาศมากพอทจะใหการเผาไหมสมบรณกอนกาซเสยจะออกจากเตาเผา รปท 4.14เปรยบเทยบการใหอากาศเปนขนกบการใหเชอเพลงเปนขน

รปท 4.14: การควบคม NOx โดยการใหอากาศเปนขนและการใหเชอเพลงเปนขน

การควบคมหลงการเผาไหม

การกำจด NOx ออกจากกาซเสยตองใชปฏกรยาเคมระหวางสารเคมกบ NOx ซงจะเปลยน NOx เปนกาซไนโตรเจน การควบคมหลงการเผาไหมแบงเปน การลด NOxทใชสารเรงปฏกรยาหรอ SCR (selective catalytic reduction) และ การใชลด NOx ทไมใชสารเรงปฏกรยาหรอ SCNR (selective non-catalytic reduction)

SCR ใชแอมโมเนย (NH3) ทำปฏกรยากบ NOx โดยอาศยสารเรงปฏกรยาดงน4NO + 4NH3 + O2 �! 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + 2O2 �! 3N2 + 6H2Oทงสองปฏกรยาเปนปฏกรยาทใหความรอนออกมา ระบบนจะพนแอมโมเนยเขาไปผสมกบกาซเสยและไหลผานตวเรงปฏกรยาทเปนวสดพรนเพอเพมพนผวสมผสระหวางสารเรงปฏกรยาและสารตงตนในปฏกรยาและเวลาทำปฏกรยาดงแสดงในรปท 4.15


รปท 4.15: การลด NOx ทใชสารเรงปฏกรยาหรอ SCR

SNCR ใชแอมโมเนย (NH3) ทำปฏกรยากบ NO เหมอน SCR แตใชการผสมกบอณหภมทเหมาะสม และเวลาทำปฏกรยาทนานพอแทนการใชสารเรงปฏกรยา นอกจากน SNCR ยงใชยเรย (CO(NH2)2) แทน NH3 ดงน4NO + 2CO(NH2)2 + O2 �! 4N2 + 2CO2 + 4H2Oเปนทนาสงเกตวา SNCR ไมไดกำจด NO2 แตเนองจาก NOx ทออกจากโรงไฟฟาอาจประกอบดวย NO ถง 95% โดยม NO2 เพยง 5% ประสทธภาพของ SNCR ในการกำจด NOx จงอาจสงถง 70-80%

4.8.3 ซลเฟอรไดออกไซด

การปองกนไมใหเกด SO2 คอ การใชกาซธรรมชาตซงแทบไมมกำมะถนเลย เหต-ผลนเปนเหตผลหนงทประเทศไทยใชกาซธรรมชาตผลตไฟฟาในสดสวนทมากถง 70%อยางไรกตามการผลตไฟฟาทวโลกยงคงใชถานหนเปนเชอเพลง การลดปญหาการเกดSO2 ในโรงไฟฟาถานหนคอ การใชถานหนทมสดสวนของกำมะถนตำเชน ถานหนแอนทราไซต โรงไฟฟาถานหนในประเทศไทยทใหญทสดซงอยทอำเภอแมเมาะ จงหวดลำปางใชถานหนลกไนตเปนเชอเพลง ลกไนตมสดสวนกำมะถนมากกวาถานหนชนดอน การแกปญหาการเกด SO2 ในโรงไฟฟาถานหนจำเปนตองใชวธกำจด SO2 ออกจากกาซเสย

ระบบกำจด SO2 ทไดรบความนยมมากทสดในปจจบนคอ FGD (flue gas desul-furization) ซงใชหนปน (CaCO3) ผสมนำทำปฏกรยากบ SO2 ในกาซเสย ระบบ


นสามารถกำจด SO2 ไดถง 95-98% และยงไดผลผลตเปนยบซมทนำไปใชประโยชนได หนปนตองถกบดใหละเอยดกอนผสมกบนำและพนเขาหอปฏกรยาโดยมกาซเสยทมSO2 ไหลสวนทางกบนำผสมหนปนและทำปฏกรยากนดงน

CaCO3 + SO2 + 12H2O �! CaSO3:12H2O + CO2CaSO3:12H2O + 12O2 + 32H2O �! CaSO4:2H2O

หอปฏกรยาถกออกแบบใหมการผสมกนระหวางนำหนปนกบกาซเสยอยางทวถง กาซเสยทถกกำจด SO2 จะไหลออกทางดานบนของหอ

ผลผลตจาก FGD คอ ยบซม (CaSO4.2H2O) และแคลเซยมซลไฟต (CaSO3)ทงสองตวอยในรปของสารแขวนลอยในนำ กระบวนการแยกยบซมออกจากนำคอนขางงาย หลงจากแยกนำแลวจะไดยบซมแหงซงใชเปนวสดกอสรางหรอเพอการเกษตรไดกระบวนการแยกแคลเซยมซลไฟตออกจากนำคอนขางยากและแคลเซยมซลไฟตทไดมประโยชนนอยกวายบซมมาก การเพมอากาศจะเพมปฏกรยาเปลยนแคลเซยมซลไฟตเปนยบซม



1. ธาตสามตวทเผาไหมไดคออะไร

2. จงระบขอแตกตางระหวางการเผาไหมแบบพอด (stoichiometric combustion)และการเผาไหมแบบสมบรณ (complete combustion)

3. การเผาไหมแบบไมสมบรณมกทำใหเกดกาซใด

4. ในถานหนทมสดสวนโดยมวลของ H เทากบ xH และ สดสวนโดยมวลของ Oเทากบ xO จะมสดสวนโดยมวลของไฮโดรเจนอสระ (free hydrogen) เทาไร

5. อตราสวนอากาศ (air ratio) หมายถงอะไร

6. การวเคราะหกาซเสยแหงโดยใช Orsat apparatus จะทำใหทราบสวนประกอบอะไรบางของกาซเสย

7. ทำไมการเผาไหมเชอเพลงในโรงไฟฟาจงตองการอากาศสวนเกนเสมอ

8. การใชอากาศสวนเกนมากเกนไปสงผลอยางไรตอประสทธภาพของโรงไฟฟา และทำไมถงเปนเชนนน

9. เชอเพลงชนดใดระหวาง ถานหน นำมนเตา กาซธรรมชาตตองการอากาศสวนเกนนอยทสด

10. ทำไมการวดปรมาณอากาศสวนเกนดวยเครองวด O2 เพยงอยางเดยวอาจใหคาทผดได

11. ถาเครองวด CO2 และเครองวด O2 มความแมนยำเทากน เครองไหนจะใหคาอากาศสวนเกนทคลาดเคลอนมากกวา เพราะอะไร

12. จงระบปจจยสามประการของการผาไหมแบบสมบรณ

13. ทำไมปรมาณอากาศสวนเกนจงเพมขนเมออตราลดเปลวไฟลดลง

14. เครองปอนเชอเพลงนยมใชเผาไหมเชอเพลงชนดใด

15. จงระบขอเสยของระบบเผาไหมแบบฐานไหลมาสองขอ

16. ปนขาวในระบบเผาไหมแบบฐานไหล (fluidized-bed combustion system) ทำหนาทอะไร


17. ทำไมระบบเผาไหมแบบฐานไหล (fluidized bed) จงกอใหกาซ SO2 นอยกวาระบบทใชถานหนบดละเอยด

18. ทำไมระบบเผาไหมแบบฐานไหลจงกอใหเกด NOx ปรมาณนอย

19. อธบายการทำงานของเครองดกฝนดวยไฟฟาสถต

20. อะไรคอขอเสยเปรยบของการกำจดฝนดวยไซโคลนเมอเทยบกบเครองดกฝนดวยถงกรอง

21. จงอธบายการลด NOx โดยการใหเชอเพลงเปนขน

22. สารเคมใดใชในการกำจด NOx ดวยวธ SNCR

23. อะไรคอผลพลอยไดจากกระบวนการกำจด SO2 ดวย FGD ทนำไปใชใหเปนประโยชนได

24. คาความรอนสง (HHV) ของ C4H10 เทากบ 128400 kJ/m3 และคาความรอนแฝงในการควบแนนของไอนำเทากบ 1960 kJ/m3 จงหาคาความรอนตำ (LHV)ของ C4H10

25. ถานหนกอนหนงเมอนำไปวเคราะหขนสดทายในสภาพเดม (as-received basis)พบวาม C 70%, H 3%, O 4%, N 2%, S 1%, ความชน 15% และเถา 5% จงหา AFRT

26. เมอเผาไหมถานหนในขอทแลวโดยสมบรณแลวจะไดนำกกโลกรม

27. จงหาอตราสวนอากาศตอเชอเพลงเชงทฤษฎของ C5H1228. กาซ C4H10 1 m3 เมอเผาไหมโดยสมบรณกบอากาศจะทำใหไดไอนำกลกบาศก

เมตร

29. เชอเพลงกาซชนดหนงประกอบดวย CH4 74%, C2H6 17% และ CO 9% ถาคาHHV ของเชอเพลงเทากบ 41475 kJ/m3 และคาความรอนแฝงของการควบแนนไอนำเทากบ 1960 kJ/m3 จงหา LHV

30. ในการเผาไหมเชอเพลงชนดหนงพบวาปรมาณอากาศสวนเกนทใชคอ 30% ถาเชอเพลงนมคา AFRT = 10 kgair/kgfuel จงหา AFRA


บทท 5

เทอรโมไดนามกสของโรงไฟฟาพลงความรอน

5.1 สมบตของไอนำ

ในสภาวะปกตสถานะของนำคอของเหลว ถานำไดรบความรอนทความดนคงทนำจะมอณหภมเพมขนจนถงจดเดอด จากนนอณหภมของนำจะไมเพมแตนำจะกลายเปนไอนำเพมขนเรอย ๆ ตราบใดทนำยงไดรบความรอน ในทสดนำจะกลายเปนไอนำทงหมดและไอนำกจะมอณหภมเพมขนถาไอนำยงคงไดรบความรอน รปท 5.1 แสดงใหเหนการเปลยนอณหภมของนำและไอนำเมอไดรบความรอนอยางตอเนองทความดนคงท นำทมอณหภมตำกวาจดเดอดเรยกวา ของเหลวอดตว (compressed liquid หรอsubcooled liquid) นำทมอณหภมเทากบจดเดอดแตยงคงมสถานะเปนของเหลวเรยกวา ของเหลวอมตว (saturated liquid) ไอนำทมอณหภมเทากบจดเดอดโดยไมมของเหลวปะปนเรยกวา ไอนำอมตว (saturated vapor) ไอนำทมอณหภมสงกวาจดเดอดเรยกวา ไอรอนยวดยง (superheated vapor) ชวงระหวางของเหลวอมตวกบไอนำอมตวเปนชวงของของผสมระหวางนำกบไอนำ

รปท 5.1 เปนกราฟทความดนหนง ถาเขยนกราฟทความดนอน ๆ กจะไดกราฟคลายกบรปท 5.2 จะเหนวาตำแหนงของของเหลวอมตวกอใหเกดเสนโคงทเรยกวา เสนของเหลวอมตว (saturated liquid line) และตำแหนงของไอนำอมตวกอใหเกดเสนโคงทเรยกวา เสนไอนำอมตว (saturated vapor line) เสนโคงสองเสนนบรรจบกนทจดวกฤตซงมอณหภม 374ÆC และความดน 22 MPa กลายเปนโดมครอบพนททเปนของผสมระหวางนำกบไอนำ พนทนเรยกวาโดมไอ (vapor dome) พนทเหนอโดมไอเปนบรเวณทนำอยในสถานะทไมใชของเหลวหรอไออยางชดเจน ในการเปลยนสถานะ

90 เทอรโมไดนามกสของโรงไฟฟาพลงความรอน

รปท 5.1: การเปลยนสถานะของนำเมอไดรบความรอน

ของนำจากของเหลวเปนทไมผานเขาไปในโดมไอตามเสนโคงบนสดของรปท 5.2 จะพบวามการเปลยนสถานะจากของเหลวเปนไออยางคอยเปนคอยไป

รปท 5.2: โดมไอ

ในการวเคราะหวฏจกรไอนำ มความจำเปนทจะตองทราบสมบตเชงปรมาณของนำและไอนำ สมบตทสำคญไดแก อณหภม (T ) ความดน (p) ปรมาตรจำเพาะ (v) เอน-ทลป (h) และเอนโทรป (s) ในบรรดาสมบตเหลาน ตวแปรอสระมกจะเปนอณหภมและความดนเนองจากทงสองตวแปรสะดวกตอการวด ในขณะทปรมาตรจำเพาะ เอนทลปและเอนโทรปจะหาจากอณหภมและความดนโดยใช สตร โปรแกรมคอมพวเตอร ตารางไอนำ (steam table) หรอแผนภมไอนำ (steam chart)

รปท 5.3 แสดงแผนภม h-p ของไอนำ แผนภมนแสดงใหเหนเสนนำอมตว

5.2 วฏจกรแรงคน 91

เสนไอนำอมตว เสนเอนโทรปคงท เสนอณหภมคงท และเสนคณภาพไอนำ (steamquality) คงทภายในโดมไอ อยางไรกตามแผนภมนไมไดแสดงเสนปรมาตรจำเพาะคงทเนองจากจะทำใหมจำนวนเสนมากเกนไปและการคำนวณในบทนไมจำเปนตองทราบปรมาตรจำเพาะของไอนำ

ในพนทดานขวาของโดมไอเปนพนทของไอนำยวดยง การหาสมบตของไอนำยวดยงกระทำไดถาทราบสมบตของไอนำสองตว เชน ถาทราบความดนและอณหภม กจะหาเอนทลปและเอนโทรปได หรอถาทราบอณหภมและเอนโทรป กจะหาความดน และเอนทลปได แตภายในโดมไอ อณหภมและความดนไมเปนอสระตอกน อณหภมหรอความดนจงนบเปนหนงตวแปร การหาสมบตไอนำภายในโดมไอจงตองการสมบตอกหนงสมบตนอกเหนอจากอณหภมหรอความดน สมบตหนงซงนยมใชคอ คณภาพไอนำซงหมายถงอตราสวนโดยมวลของไอนำในของผสมระหวางนำกบไอนำ สญลกษณของคณภาพไอคอ x ดงนน x = 1 จงหมายถงไอนำอมตวและ x = 0 จงหมายถงของเหลวอมตว

ในพนทดานซายของโดมไอซงเปนพนทของของเหลวอดตว การหาสมบตของของเหลวใชวธการเดยวกบพนทดานขวาของโดมไอ อยางไรกตามการใชแผนภมหาคาสมบตในบรเวณนอาจไมสะดวกเพราะรปท 5.3 ไมไดใหขอมลเพยงพอ อยางไรกตามสมบตของของเหลวอดตวขนกบอณหภมมากกวาความดน วธทนยมใชหาสมบตของของเหลวอดตวคอ สมมตวาของเหลวอดตวคอของเหลวอมตวทมอณหภมเทากนและใชตารางไอนำหาคาสมบตของนำอมตว วธนใหคาคลาดเคลอนเพยงเลกนอยในการวเคราะหวฏ-จกรไอนำเพราะเอนทลปของของเหลวมคานอยมากเมอทยบกบเอนทลปของไอนำ

5.2 วฏจกรแรงคน

เปนททราบกนดวาถากำหนดอณหภมสงสดและตำสดมาให วฏจกรทมประสทธ-ภาพสงสดคอ วฏจกรคารโนต (Carnot cycle) ซงมนำเปนสารทำงานและมแผนภาพตามรปท 5.4 กระบวนการของวฏจกรนประกอบดวย

• กระบวนการ 1-2 ความรอนเขาสหมอไอนำ (boiler) โดยความดนมคาคงท

• กระบวนการ 2-3 ไอนำขยายตวในเครองกงหน (turbine) โดยเอนโทรปมคาคงท

• กระบวนการ 3-4 ความรอนออกจากเครองควบแนน (condenser) โดยความดนมคาคงท

• กระบวนการ 4-1 นำอดตวในเครองอดไอ (compressor) โดยเอนโทรปมคาคงท


รปท 5.3: แผนภม h-p ของไอนำ

เปนทนาสงเกตวากระบวนการ 1-2 และกระบวนการ 3-4 มอณหภมคงท การวเคราะหวฏจกรคารโนตสแดงใหเหนวาประสทธภาพของวฏจกรคารโนต ขนกบอณหภม สงสด

5.2 วฏจกรแรงคน 93

รปท 5.4: วฏจกรคารโนต

ของวฏจกรในกระบวนการ 1-2 และอณหภมตำสดในกระบวนการ 3-4 ดงน� = 1� T4T1 (5.1)

ถาหากโรงไฟฟาถกออกแบบใหทำงานตามวฏจกรคารโนตไดกจะทำใหโรงไฟฟามประสทธภาพสงเชนกน แตปญหาในทางปฏบตทสำคญของวฏจกรคารโนตคอ เครองอดไอจะตองทำหนาทเพมความดนใหของผสมระหวางของเหลวกบไอนำของวฏจกรแรงคนทำใหไอนำกลายเปนนำอมตวแทนทจะเปนสวนผสมของไอนำกบนำ โดยทวไปเครองอดไอไดรบการออกแบบใหอดกาซอยางมประสทธภาพ ถามของเหลวปะปนไปกบกาซกจะทำใหประสทธภาพของเครองลดลง นอกจากนเครองอดไออาจไดรบความเสยหาย

การดดแปลงวฏจกรคารโนตเพอแกไขปญหาทงสองประการทำใหไดวฏจกรแรง-คน (Rankine cycle) รปท 5.5 แสดงแผนภาพของวฏจกรแรงคนซงประกอบดวยกระ-บวนการตอไปน

• กระบวนการ 1-2 ความรอนเขาสเครองกำเนดไอนำทความดนคงท

• กระบวนการ 2-3 ไอนำขยายตวในเครองกงหนทเอนโทรปคงท

• กระบวนการ 3-4 ความรอนออกจากเครองควบแนนทความดนคงท

• กระบวนการ 4-1 นำอดตวในเครองสบทเอนโทรปคงท

จากการเปรยบเทยบแผนภาพ T-s ในรปท 5.4 และ 5.5 พบวาวฏจกรแรงคนแตกตางกบวฏจกรคารโนตตรงทกระบวนการ 4-1 ของวฏจกรแรงคนเกดขนนอกโดมไอและกลายเปนการอดของเหลวแทนทการอดของผสมระหวางของเหลวกบไอนำเหมอนในวฏจกร


รปท 5.5: วฏจกรแรงคน

คารโนต ดงนนจงทำใหตองเปลยนอปกรณจากเครองอดไอเปนเครองสบ ขอไดเปรยบของเครองสบเทยบกบเครองอดไอคอ เครองสบตองการงานนอยกวาเครองอดไอมากในการทำใหของไหลมความดนเพมเทากน อยางไรกตามเนองจากกระบวนการทความรอนเขาสวฏจกรแรงคนเกดขนทอณหภมไมคงท วฏจกรแรงคนจงมประสทธภาพดอยกวาวฏจกรคารโนตทมอณหภมสงสดและตำสดเทากบของวฏจกรแรงคน ประสทธภาพของวฏจกรแรงคนสามารถคำนวณไดจาก� = wnetqin (5.2)wnet = (h2 � h3)� (h1 � h4) (5.3)qin = h2 � h1 (5.4)

5.3 การปรบปรงประสทธภาพของวฏจกรแรงคน

วฏจกรแรงคน เปนวฏจกรผลตไฟฟา ในในโรงไฟฟาพลงความรอน แต วฏจกรแรงคนในรปท 5.5 มประสทธภาพตำเกนไป แนวคดการเพมประสทธภาพของวฏจกรแรงคนคลายกบการเพมประสทธภาพของวฏจกรคารโนตในสมการ (5.1) กลาวคอ ประ-สทธภาพของวฏจกรแรงคนเพมขนถาอณหภมเฉลยในการถายเทความรอนออกจากวฏจกรลดลงและอณหภมเฉลยของกระบวนการใหความรอนแกวฏจกรเพมขน แนวคดนนำไปสวธการปรบปรงประสทธภาพของวฏจกรแรงคนทใชในโรงไฟฟา 5 วธคอ (1)การลดความดนในเครองควบแนน (2) การผลตไอรอนยวดยงกอนเขาเครองกงหน (3)การเพมความดนในเครองกำเนดไอนำ (4) การใหความรอนซำ และ (5) รเจนเนอเรชน

5.3 การปรบปรงประสทธภาพของวฏจกรแรงคน 95

5.3.1 การลดความดนในเครองควบแนน

การลดความดนการควบแนนทำใหอณหภมของการควบแนนลดลงตามไปดวยรปท 5.6 แสดงแผนภาพ T-s ทเปลยนแปลงจากการลดความดนการควบแนน ผลทไดคอ งานสทธทไดจากวฏจกรเพมขน (พนทแรเงาในรปท 5.6) โดยไมเปลยนความรอนทตองใหมากนก แตการลดอณหภมการควบแนนทำใหตองอาศยแหลงรบความรอน(heat sink) หรอแหลงนำใกลโรงไฟฟามอณหภมตำ ซงเปนขอจำกดของวธน ผลเสยของการลดความดนควบแนนคอ ไอนำทออกมาจากเครองกงหนมความชนสง ละอองนำในเครองกงหนเปนอนตรายตอใบพดของเครองกงหน และทำใหประสทธภาพของเครองกงหนลดลง โดยทวไปเครองกงหนถกออกแบบใหทำงานในสภาวะทไอนำมความชนไมเกน 15%

รปท 5.6: การลดอณหภมเครองควบแนนในวฏจกรแรงคน

5.3.2 การผลตไอรอนยวดยงกอนเขาเครองกงหน

ไอนำทผานกระบวนการ 1-2 ในรปท 5.5 เปนไอนำอมตว เครองทำไอรอนยวดยง (superheater) ทำหนาทเปลยนสภาพไอนำอมตวเปนไอนำรอนยวดยง (superheat-ed steam) รปท 5.7 แสดงใหเหนวาการผลตไอนำรอนยวดยงกอนเขาเครองกงหนซงทำใหไอนำ จะเพมทงงานทไดจากเครองกงหนและความรอนทใหกบเครองกำเนดไอนำ อยางไรกตามเมอเปรยบเทยบกบวฏจกรแรงคนแบบธรรมดาในรปท 5.5 งานทเพมขนจากการเพมอณหภมไอนำกอนเขาเครองกงหนมคามากกวาความรอนทตองใหเครองกำเนดไอนำเพมผลลพทสทธจงเปนประสทธภาพของวฏจกรทสงขน การเพมขนของประสทธภาพอาจมองไดวาเปนผลมาจากอณหภมเฉลยของการใหความรอนแกวฏ-จกรทสงขน นอกจากนผลดอกประการคอการลดลงของปรมาณความชนในของไหลท


ออกจากเครองกงหน แตในทางปฏบตอณหภมของไอนำถกจำกดใหไมเกน 650ÆC โดยประมาณเนองจากอณหภมทสงกวานจะสงผลเสยตอใบพดของเครองกงหนซงทำดวยโลหะ

รปท 5.7: การเพมอณหภมไอนำทเขาเครองกงหน

5.3.3 การเพมความดนในเครองกำเนดไอนำ

ถาตองการจำกดอณหภมสงสดของของไอนำแตตองการเพมอณหภมเฉลยของการใหความรอนแกวฏจกรกตองใชวธ เพมความดนในเครองกำเนดไอนำ รปท 5.8เปรยบเทยบแผนภาพ T-s ของวธนกบวธการผลตไอนำรอนยวดยงกอนเขาเครองกงหนในหวขอทแลว จะเหนวาวธนทำใหอณหภมเฉลยของการใหความรอนแกวฏจกรสงขนไดซงทำใหประสทธภาพของวฏจกรสงขนเนองจากงานทไดจากเครองกงหนไมเปลยนแปลงมากนก (พนทแรเงาสองพนทมขนาดใกลเคบงกน) ในขณะทความรอนทใหกบเครองกำเนดไอนำจะลดลงอยางเหนไดชด แตการกระทำเชนนหมายถงการออกแบบเครองกำเนดไอนำทซบซอนขนและตนทนการผลตไฟฟาทสงขน นอกจากนยงมขอจำ-กดในเรองปรมาณความชนในของไหลทออกจากเครองกงหนทจะเพมขนตามความดนของเครองกำเนดไอนำ

ถาความดนในเครองกำเนดไอนำเพมขนจนเกนความดนวกฤต (22.1 MPa) และอณหภมสงสดชองวฏจกรมคามากพอ กระบวนการใหความรอนวฏจกรจะไมผานโดมไอวฏจกรจะกลายเปนรปท 5.9 ซงมชอเรยกใหมวาวฏจกรแรงคนเหนอวกฤต (supercrit-ical Rankine cycle) วฏจกรนมประสทธภาพสงกวาวฏจกรแรงคนแบบธรรมดาแตกมตนทนสงกวาเชนกน หมอไอนำททำงานในวฏจกรนไดตองออกแบบเปนพเศษเพอใหทำงานทความดนสง นอกจากนนำปอนทไหลเขาหมอไอนำจะตองมความบรสทธซงจะเพมคาใชจายในปรบสภาพนำ


รปท 5.8: การเพมความดนไอนำทเขาเครองกงหนโดยควบคมใหอณหภมสงสดคงท

รปท 5.9: วฏจกรแรงคนเหนอวกฤต

5.3.4 การใหความรอนซำ

โรงไฟฟาพลงความรอนมกใช 3 วธ ขางตนในการเพมประสทธภาพของวฏจกรแรงคน นอกจากนวธ เพมอณหภมเฉลยในกระบวนการใหความรอนแกวฏจกรอกวธหนงคอ การใหความรอนซำ (reheat) รปท 5.10 แสดงแผนภาพของวฏจกรแรงคนทมการใหความรอนซำ ไอนำจากเครองกำเนดไอนำจะไหลผานเครองกงหนเครองแรกกอนทจะไหลเขาสเครองใหความรอนซำ (reheater) ซงทำหนาทเพมอณหภมของไอนำใหสงขนเทากบกอนเขาเครองกงหนเครองแรก จากนนไอนำจะไหลกลบสเครองกงหนเครองทสองกอนไหลออกไปเขาเครองควบแนน การใหความรอนซำอาจกระทำไดมากกวาหนงครง แตการใหความรอนซำจงมกจะกระทำเพยงครงเดยวเพราะถามากกวานประสทธภาพทสงขนจะไมคมคาใชจายทเพมขน ปจจยสำคญทมผลตอประสทธภาพของวฏจกรทมการใหความรอนซำคอความดนในการใหความรอนซำ ถาความดนสงเกนไป


ประสทธภาพจะไมเพมมากนก แตถาความดนตำเกนไป ประสทธภาพจะลดลงแทนทจะเพมขน ความดนทเหมาะสมมคาประมาณ 20% ของความดนไอนำในเครองกำเนดไอนำ

รปท 5.10: วฏจกรแรงคนทมการใหความรอนซำ

ตวอยาง วฏจกรแรงคนหนงมการใหความรอนซำโดยอณหภมและความดนของไอนำกอนเขาเครองกงหนเทากบ 850 K และ 15 MPa ความดนนำในเครองควบแนนเทากบ 0.01 MPa และคณภาพของไอนำทไหลเขาเครองควบแนนเทากบ 0.9 จงหาความดนไอนำในกระบวนการใหความรอนซำและประสทธภาพของวฏจกรน ถาไมมการใหความรอนซำประสทธภาพของวฏจกรจะเปนเทาไร

รปท 5.11: วฏจกรแรงคนทมการใหความรอนซำในปญหาตวอยาง

วธทำ


รปท 5.11 แสดงแผนภาพ T-s สำหรบของปญหาน โปรดสงเกตวาโดยทวไปนำทออกจากเครองควบแนนทจด 6 อาจสมมตวาเปนของเหลวอมตว จากตารางสมบตของไอนำพบวา h6 = 192 kJ/kg เครองสบใชงานนอยมากในการเพมความดนของนำจากp6 เปน p1 ดงนน h1 = h6

ไอนำในสถานะ 2 ซงโจทยระบคาอณหภมและความดนมคา h2 = 3510 kJ/kg.Kไอนำในสถานะ 5 มความดน 0.01 MPa และคณภาพ 0.9 ดงนน h5 = 2340 kJ/kg.Kรปท 5.11 แสดงใหเหนวา s4 = s5 ซงมคาเทากน นอกจากนการใหความรอนซำจะทำให T4 = T2 สมบตทงสองประการ (s4 และ T4) กำหนดสถานะ 4 คา h4 จงเทากบ 3620 kJ/kg และ p4 = 3.5 MPa ความดนนคอ ความดนไอนำในกระบวนการใหความรอนซำซงโจทยไมไดระบมาให สถานะ 3 ของไอนำถกกำหนดจากความดน p3 =p4 และ s3 = s2 ซงทำให h3 = 3090 kJ/kg

หลงจากทราบคาเอนทลปของทกสถานะแลวประสทธภาพของวฏจกรแรงคนทมการใหความรอนซำคำนวณไดดงนwnet = wt= h2 � h3 + h4 � h5= 1700 kJ/kgqin = h2 � h1 + h4 � h3= 3848 kJ/kg� = 17003848 = 0:44

ถาไมมการใหความรอนซำไอนำจะไหลเขาเครองควบแนนทสถานะ 50 ซงถกกำ-หนดจาก s50 = s2 และ p50 = 0.01 MPa ดงนน h50 = 2100 kJ/kg ประสทธภาพของวฏจกรคำนวณไดดงน wnet = h2 � h50= 1410 kJ/kgqin = h2 � h1= 3318 kJ/kg� = 14103318 = 0:42


5.3.5 รเจนเนอเรชน

สาเหตททำใหประสทธภาพของวฏจกรแรงคนดอยกวาวฏจกรคารโนตคออณหภมเฉลยของการใหความรอนทตำกวาอณหภมสงสดในวฏจกรเพราะความสวนหนงถกใชไปในการอนนำปอน (feed water) ทเขาเครองกำเนดไอนำ ใหมอณหภมสงขน ถาหากความรอนสวนนถกกำจดไป อณหภมเฉลยของการใหความรอนจะเพมขนพรอมกบประสทธภาพของวฏจกร รปท 5.12 แสดงใหเหนกรณอดมคตซงมการอนนำปอนโดยใหนำปอนไหลวนไปหลอเยนรอบเครองกงหน นำปอนจะรบความรอนจากไอนำทกำลงขยายตวในเครองกงหน ลกษณะการแลกเปลยนความรอนกนภายในวฏจกรเชนนเรยกวารเจนเนอเรชน (regeneration) ถานำปอนและไอนำไหลสวนทางกนและแตละจดของการถายเทความรอนอณหภมไอนำสงกวาอณหภมนำปอนนอยมากจนเกอบเทากน การถายเทความรอนจะเปนแบบผวนกลบได ผลทตามมาคอเอนโทรปทเพมขนของนำปอนจะเทากบเอนโทรปทลดลงของไอนำ และวฏจกรแรงคนทมรเจนเนอเรชนในอดมคต (1-2-3-4-5-1) จะมประสทธภาพเทากบวฏจกรคารโนต (1-2-30-40-1)

รปท 5.12: วฏจกรรเจนเนอเรชนในอดมคต

วฏจกรในอดมคต ดงกลาวเปนไปไม ไดในทางปฏบต เพราะการเพมอณหภมนำปอนภายในเครองกงหนกระทำไดยากและมความชนในของไอนำทไหลผานเครองกงหนมากเกนไปจนเครองกงหนทำงานไมได อยางไรกตามแนวความคดของการใชความรอนจากเครองกงหนเพมอณหภมนำปอนกสามารถนำมาดดแปลงใหการทำรเจนเนอเรชนเปนไปได การดดแปลงทวานคอ การเพมอณหภมนำปอนภายนอกเครองกงหนดวยการดงเอาไอนำบางสวนออกจากเครองกงหนมาอนนำปอนแทนทจะใหนำปอนไหลเขาไปรบความรอนในเครองกงหน รเจนเนอเรชนลกษณะนตองใชเครองอนนำปอน (feedwater heater) เสรมเขาไปในวฏจกร เครองอนนำปอนเปนอปกรณถายเทความรอนทใชไอนำบางสวนจากเครองกงหนอนนำปอน เครองอนนำปอนแบงออกเปน 2 แบบคอ


(1) แบบเปด (open feed water heater) (2) แบบปด (closed feed water heater )รปท 5.13 แสดงแผนภาพของเครองอนนำปอนแบบเปดซงทำหนาทผสมไอนำท

ดงมาจากเครองกงหนกบนำปอนจากเครองควบแนน ผลทไดเปนนำอมตวซงมอตราการไหลเทากบผลรวมของอตราการไหลของไอนำและนำปอน ไอนำและนำปอนจะมความดนเทากน ดงนนนำปอนจงตองไหลผานเครองสบกอนไหลเขาเครองอนนำปอนแบบเปด รปท 5.14 แสดงแผนภาพอปกรณและแผนภาพ T-s ของวฏจกรทมเครองอนนำปอนแบบเปด

รปท 5.13: เครองอนนำปอนแบบเปด

รปท 5.14: วฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบเปด

ในการหาประสทธภาพของวฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบเปด สมการ(5.2) ไมสามารถใชไดเนองจากสมการนนมเงอนไขวาอตราการไหลในทกกระบวนการของวฏจกรตองเทากน รปท 5.14 แสดงใหเหนวาอตราการไหลในวฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบเปดไมเทากนในทกกระบวนการ ดงนนการหาประสทธภาพจงตองใชสมการตอไปน � = _wnet_qin (5.5)

102 เทอรโมไดนามกสของโรงไฟฟาพลงความรอน_wnet คอ อตราการผลตงานสทธและ _qin คอ อตราการไหลเขาของความรอน_wnet = h1 � h2 + (1�m)(h2 � h3)� (1�m)(h5 � h4)� (h7 � h6) (5.6)_qin = h1 � h7 (5.7)

โดยท m คอ อตราการไหลของไอนำผานเครองอนนำปอนถาอตราการไหลของไอนำเขาเครองกงหนเทากบ 1 kg/s ถาสมมตวาไมมการสญเสยพลงงานในเครองอนนำปอนการหาคา m จากการวเคราะหการอนรกษพลงงานในเครองอนนำปอนซงใหผลลพธดงนm = h6 � h1h2 � h5 (5.8)

เครองอนนำปอนแบบปดเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนชนดเปลอกและทอ(shell-and-tube heat exchanger) ไอนำจากเครองกงหนจะไหลนอกทอและนำปอนจากเครองควบแนนจะไหลในทอ ไอนำกบนำปอนจงอาจมความดนตางกนไดเนองจากไมมการผสมกน รปท 5.15 แสดงแผนภาพของอปกรณน จะเหนวาไอนำทไหลเขาเครองอนนำปอนแบบปดจะกลายเปนนำระบาย (drain) เมอไหลออก ในขณะทนำปอนทไหลเขาจะมอณหภมเพมขนโดยมอณหภมสงสดเมอไหลออก อณหภมสงสดนจะตองนอยกวาอณหภมไอนำทไหลเขาและจะขนกบการออกแบบเครองอนนำปอน ในทางปฏบตพารามเตอรทกำหนดอณหภมนำปอนทไหลออกจากเครองคอ TTD (terminal tem-perature difference) ซงหมายถงผลตางระหวางอณหภมไอนำควบแนนกบอณหภมนำปอนทไหลออก

รปท 5.15: เครองอนนำปอนแบบปด

นำระบายทไดจะไมถกปลอยทงเพราะสามารถนำไปใชได รปท 5.16 แสดงใหเหนวาวธนำนำระบายไปใชมสองวธคอ (ก) ลดความดนของมนใหเทากบความดนของ


นำปอนทเขาเครองอนนำปอนโดยการสงมนผานวาลวปกผเสอ (throttle valve) กอนทจะผสมมนกบนำปอนทความดนตำกวาหรอสงมนเขาเครองควบแนนและ (ข) เพมความดนของมนโดยใชเครองสบกอนทจะผสมมนกบนำปอนทความดนสงกวา

รปท 5.16: วธจดการกบนำควบแนนสองวธในเครองอนนำปอนแบบปด (ก) สงไปผสมกบนำปอนทความดนตำกวา (ข) สงไปผสมกบนำปอนทความดนสงกวา

รปท 5.17 แสดงแผนภาพอปกรณและแผนภาพ T-s ของวฏจกรทมเครองอนนำปอนแบบปดทจดการกบนำควบแนนดวยวธแรก จะเหนวาวฏจกรนใชเครองสบนอยกวาวฏจกรทมเครองอนนำปอนแบบเปด สมการ (5.5) ใชหาประสทธภาพของวฏจกรนไดแต _wnet, _qin และ m คำนวณจาก_wnet = h1 � h2 + (1�m)(h2 � h3)� (h7 � h4) (5.9)_qin = h1 � h8 (5.10)m = h8 � h7h2 � h5 (5.11)

การวเคราะหวฏจกรจำเปนตองทราบคา TTD (terminal temperature difference) ซงเทากบผลตางระหวางอณหภมไอนำทมความดนเทากบความดนไอนำทไดจากเครองกง-หนไอนำ (Tsat) กบอณหภมนำปอนทไหลออกจากเครองอนนำปอน คา TTD กำหนดอณหภม T8 ไดดงน T8 = Tsat � TTD (5.12)

โดย Tsat คออณหภมของไอนำอมตวทมความดน p2รปท 5.18 แสดงแผนภาพอปกรณและแผนภาพ T-s ของวฏจกรทมเครองอน

นำปอนแบบปดทจดการกบนำควบแนนดวยวธทสอง วฏจกรนมจำนวนเครองสบเทากบวฏจกรทมเครองอนนำปอนแบบเปดในรปท 5.14 อยางไรกตามถาเปรยบเทยบกบ


รปท 5.17: วฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบปดแบบแรก

วฏจกรทมเครองอนนำปอนแบบเปดในรปท 5.14 จะพบวาเครองสบนำปอน (feed wa-ter pump) ในรปท 5.16 มอตราการไหลของนำตำกวาและมขนาดเลกกวาเครองสบนำปอนในรปท 5.14 สมการ (5.5) ใชหาประสทธภาพของวฏจกรนไดแต _wnet และ _qinคำนวณจาก_wnet = h1 � h2 + (1�m)(h2 � h3)� (1�m)(h5 � h4)�m(h8 � h6) (5.13)_qin = h1 � h9 (5.14)

คา m และ h9 ในสมการ (5.13) และ (5.14) ไดจากการวเคราะหการอนรกษพลงงานทเครองอนนำปอนและถงผสม (mixing chamber) ซงใหผลดงนm = h7 � h5h2 � h6 + h7 � h5 (5.15)h9 = (1�m)h7 +mh8 (5.16)

คา TTD ใชกำหนดอณหภม T7 ดงนT7 = Tsat � TTD (5.17)

โดย Tsat คออณหภมของไอนำอมตวทมความดน p2ตวอยาง วฏจกรแรงคนหนงมเครองอนนำปอนแบบปดโดยทนำระบายถกสบสง

ไปผสมกบนำปอน ความดนและอณหภมของไอนำทเขาเครองกงหนเทากบ 70 bar และ540ÆC ไอนำทดงจากเครองกงหนมความดน 7 bar ความดนในเครองควบแนนเทากบ


รปท 5.18: วฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบปดแบบทสอง

0.07 bar และ TTD = 3ÆC สมมตวางานทใหเครองสบนอยมาก จงหาประสทธภาพของวฏจกร

วธทำรปท 5.18 แสดงแผนภาพของวฏจกรน ขอมลสมบตของนำและไอนำเปนดงนh1 = 3500 kJ/kgh2 = 2860 kJ/kgh3 = 2150 kJ/kgh4 = 163 kJ/kgh5 = h4h6 = 697 kJ/kgh8 = h6สถานะ 7 สำหรบการหา h7 ถกกำหนดโดย p7 และ T7 รปท 5.18 แสดงใหเหน

วา p7 = p1 = 70 bar สวน T7 หาไดจากสมการ (5.17) ทความดน 7 bar Tsat =165ÆC ดงนน T7 = 162ÆCh7 มคาโดยประมาณเทากบเอนทลปของนำอมตวทอณหภม 162ÆCh7 = 684 kJ/kg


หลงจากทราบคาเอนทลปทสถานะตาง ๆ แลว คา m หาไดจากสมการ (5.15)m = 684� 1632860� 697 + 684� 163= 0:194 kg

และ h9 หาไดจากสมการ (5.16) จากสมดลพลงงานในถงผสม (mixing chamber)h9 = (1� 0:194)� 684 + 0:194� 697= 689 kJ/kg

สมมตวาอตราการไหลเขาเครองกงหนของไอนำเทากบ 1 kg/s สมการ (5.13),(5.14) และ (5.5) ใชหา _wnet, _qin และ � ไดตามลำดบ_wnet = (h1 � h2) + (1�m)(h2 � h3)= 1212 kg/s_qin = 3500� 689= 2811 kg/s=) � = 0:435.4 ผลกระทบของความผวนกลบไมไดในวฏจกร

การวเคราะหวฏจกรแรงคนทผานมาอยภายใตสมมตฐานวากระบวนการตาง ๆ ในวฏจกรผวนกลบได แตกระบวนการท เกด ขนจรงผวนกลบไม ได ซงจะสงผลใหเอน-โทรปของนำเพมในกระบวนการไหลผานเครองสบและเครองกงหนและทำใหความดนของไอนำลดลงในกระบวนการไหลผานเครองกำเนดไอนำและเครองควบแนน ผลกระ-ทบทสำคญของการผวนกลบไมไดมาจากเครองสบและเครองกงหน ประสทธภาพของเครองสบ (pump efficiency, �p) และประสทธภาพของเครองกงหน (turbine efficien-cy, �t) มสตรดงน �p = �wps�wp�t = �wt�wts

5.5 ประสทธภาพของโรงไฟฟาพลงความรอน 107

โดยท wps และ wp เปนงานทใหเครองสบเพอเพมความดนของนำเหมอนกน ตางกนตรงท wps เปนงานทใหเครองสบในกระบวนการไอเซนโทรปก (isentropic process)ซงหมายถงกระบวนการทเอนโทรปไมเปลยนแปลง สวน wp เปนงานทใหเครองสบจรงในทำนองเดยวกน wt และ wts เปนงานทไดจากเครองกงหนจรง และเครองกงหนในกระบวนการไอเซนโทรปก โดยตางกทำงานทอตราสวนความดนทเทากน รปท 5.19เปรยบเทยบแผนภาพ T-s ของกระบวนการไอเซนโทรปกกบกระบวนการจรงในเครองสบและเครองกงหน

รปท 5.19: กระบวนการ ท เกด ขนจรง ใน เครองสบและ เครองกงหน (4-1, 2-3)เปรยบเทยบกบกระบวนการไอเซนโทรปก (4-1s, 2-3s)

ในกรณของเครองสบและเครองกงหนดงแสดงในรปขางบนสตรคำนวณประ-สทธภาพคอ �p = h1s � h4h1 � h4�t = h2 � h3h2 � h3s5.5 ประสทธภาพของโรงไฟฟาพลงความรอน

รปท 5.20 แสดงแผนภาพอยางงายของโรงไฟฟาพลงความรอน สวนประกอบทสำคญไดแก วฏจกรกำลงงาน เตาเผา ระบบหลอเยนและเครองกำเนดไฟฟา เตาเผาทำหนาทแปลงพลงงานเคมในเชอเพลงเปนพลงงานความรอนทขบเคลอนวฏจกรกำลงงานซงจะผลตพลงงานกล ระบบหลอเยนทำหนาทระบายความรอนจากวฏจกรแรงคน และเครองกำเนดไฟฟาทำหนาทแปลงพลงงานกลทไดจากวฏจกรกำลงงานเปนพลงงานไฟฟาถามองโดยภาพรวมจะเหนวาสวนเขาของโรงไฟฟาคอ พลงงานเคมของเชอเพลงและสวน


ออกคอ พลงงานไฟฟา ประสทธภาพของโรงไฟฟา (�o) จงเทากบอตราสวนของพลงงานไฟฟาตอพลงงานเคมของเชอเพลง �o = Pe_mf :HV (5.18)

โดยท Pe คอพลงไฟฟา, _mf คอ อตราการใชเชอเพลงผลตไฟฟาและ HV (heatingvalue) คอ คาความรอนของเชอเพลง HV อาจเปนคาความรอนสง (HHV ) หรอคาความรอนตำ (LHV ) กได ถา HV เปนคาความรอนสง ประสทธภาพของโรงไฟฟาจะมคาตำกวาถา HV เปนคาความรอนตำ การคำนวณประสทธภาพของโรงไฟฟาควรระบใหชดเจนวาจะใชคาความรอนใด

รปท 5.20: โรงไฟฟาพลงความรอน�o สามารถเขยนเปนผลคณของประสทธภาพสามคาดงน�o = �b:�:�g (5.19)

โดยท �b คอ ประสทธภาพของหมอไอนำ (boiler efficiency) ซงเทากบอตราสวนของเอนทลปทเพมขนเมอนำกลายเปนไอนำจากการไหลผานหมอไอนำตอพลงงานเคมของเชอเพลง �b = _ms(hout � hin)_mf :HV (5.20)

5.6 ประสทธภาพของหมอไอนำ 109

โดยท _ms คอ อตราการผลตไอนำของหมอไอนำ, hin คอ เอนทลปของนำปอนทไหลเขาหมอไอนำและ hout คอ เอนทลปของไอนำทไหลออกจากหมอไอนำ� คอ ประสทธภาพของวฏจกรกำลงงานซงเทากบอตราสวนของกำลงงานสทธทไดจากวฏจกร (Pnet) ตอกำลงงานความรอนทเขาหมอไอนำ (Qin)� = PnetQin (5.21)

โดยท Qin มคาเทากบอตราการเพมขนของเอนทลปเมอนำกลายเปนไอนำในสมการ(5.20)�g คอ อตราสวนของพลงไฟฟา (Pe) ทไดจากเครองกำเนดไฟฟาตอกำลงงานกลทเขาเครองกำเนดไฟฟา �g = PePnet (5.22)

ในทางปฏบตวศวกรโรงไฟฟาสนใจอยากทราบวาการผลตพลงงานไฟฟา 1 kW.hตองใชพลงงานความรอนเทาไร ตวเลขนคอ อตราความรอน (heat rate)HR = mf :HVPe�t (5.23)

โดยท �t คอ ชวงเวลาทผลตไฟฟาและ mf คอ มวลเชอเพลงทใชผลตไฟฟาในชวงเวลาดงกลาว หนวยของ HR คอ kJ/kW.h HR สามารถคำนวณไดจาก �o ดงนHR = 3600�o (5.24)

5.6 ประสทธภาพของหมอไอนำ

รปท 5.21 แสดงแบบจำลองของหมอไอนำ หมอไอนำทำหนาทเแปลงพลงงานเคมในเชอเพลงเปนพลงงานความรอนในไอนำ ดงนนประสทธภาพของหมอไอนำมคาตามสมการ (5.20) ซงหมายความวา ประสทธภาพของหมอไอนำทคำนวณโดยใชคาความรอนสงจะมคาตำกวาประสทธภาพของหมอไอนำทคำนวณโดยใชคาความรอนตำการคำนวณประสทธภาพของหมอไอนำจงควรระบใหชดเจนวาจะใชคาความรอนใด

การคำนวณประสทธภาพของหมอไอนำมสองวธคอ วธความรอนเขาออก (input-output method) และวธความรอนสญเสย (heat-loss method) วธความรอนเขาออกใชสมการ (5.20) ขอมลทตองใชในการคำนวณไดแก อตราการไหลของไอนำ เอนทลปของ


นำปอน เอนทลปของไอนำ อตราการไหลของเชอเพลงและคาความรอนของเชอเพลงวธนจงตองการขอมลไมมาก อยางไรกตามการวดอตราการไหลของเชอเพลงแขงอาจไมสะดวก นอกจากนวธนมขอเสยเปรยบคอ ไมไดใหขอมลเกยวกบการเพมประสทธภาพของหมอไอนำ วธความรอนสญเสยคำนวณการสญเสยความรอนดวยสาเหตตาง ๆ ( _Ql)แลวจงหาคาประสทธภาพของหมอไอนำดงน�b = 1� _Ql_mf :HV (5.25)

รปท 5.21 แสดงใหเหนวา มการสญเสยพลงงานความรอนไปกบกาซเสยและขเถาทไหลออกจากหมอไอนำ นอกจากนยงมการสญเสยความรอนโดยการพาความรอนและการแผรงสความรอนจากผวของหมอไอนำสอากาศแวดลอมอกดวย ดงนนประสทธภาพของหมอไอนำจงลดลงจากการสญเสยความรอนดวยสาเหตตาง ๆ ดงน การคำนวณหาประสทธภาพของหมอไอนำดวยวธความรอนสญเสยตองใชขอมลจำนวนมากกวาวธความรอนเขาออก แตมขอไดเปรยบคอ สามารถชใหเหนแนวทางการเพมประสทธภาพของหมอไอนำได

รปท 5.21: แบบจำลองของหมอไอนำ

ในการคำนวณประสทธภาพของหมอไอนำโดยใชคาความรอนสง สาเหตของการสญเสยความรอนม 6 ประการ ถากำหนดใหLi = _Ql;i_mf :HV (5.26)


คอ อตราสวนระหวางของคาความรอนสญเสยตอคาความรอนของเชอเพลงหนงกโลกรมประสทธภาพของหมอไอนำจะเทากบ�b = 1� (L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6) (5.27)

การสญเสยความรอนทง 6 ประการมรายละเอยดน

1. การสญเสยความรอนไปกบกาซเสยแหง โดยความรอนสวนนจะทำใหกาซเสยแหงมอณหภมเพมจาก Ta เปน Tg ถาสมมตวากาซเสยแหงเปนกาซในอดมคต สมการของการสญเสยความรอนจากสาเหตนคอL1 = xdg: pg(Tg � Ta)HHV (5.28)

โดยทxdg คออตราสวนของมวลกาซเสยแหงตอมวลเชอเพลง pg คอความจความรอนจำเพาะเฉลยของกาซเสยแหง (ประมาณ 1.0 kJ/kg.ÆC)Tg คออณหภมของกาซเสยแหงทออกจากหมอไอนำTa คออณหภมของสงแวดลอม

สมมตวากำมะถนในเชอเพลงมปรมาณนอยมาก กาซเสยแหงจะประกอบดวยCO2, CO, O2 และ N2 โดยจำนวนโมลของกาซเหลานคอ NCO2 , NCO, NO2และ NN2 ตามลำดบ มวลของกาซเสยแหงจะมคาเทากบmdg = 44NCO2 + 28NCO + 32NO2 + 28NN2 (5.29)

สมการ (4.30) เขยนใหมไดดงนmf = 12(yCO + yCO2)Ndgx b (5.30)

โดยท Ndg เปนจำนวนโมลของกาซเสยแหง สมการ (5.29) หารดวยสมการ (5.30)ใหคา xdg xdg = (11yCO2 + 7yCO + 8yO2 + 7yN2)x b3(yCO + yCO2) (5.31)


2. การสญเสยความรอนไปกบความชนในกาซเสย โดยความรอนสวนนจะทำใหความชนกลายเปนไอนำอณหภมสงออกไปกบกาซเสย ความชนกาซเสยบางสวนมาจากความชนในเชอเพลงและ H ในเชอเพลงซงทำปฏกรยากบ O เปนนำ ทง-หมดนทำใหเกดการสญเสยความรอนL2 = (xM + 9xH;ar)[2442 + pv(Tg � Ta)℄HHV (5.32)

โดยท pv คอความจความรอนจำเพาะเฉลยของไอนำ (ประมาณ 1.9 kJ/kg.ÆC)และ 2442 kJ/kg คอ คาความรอนแฝงในการกลายเปนไอของนำทอณหภม 25ÆCโปรดสงเกตวาสดสวนโดยมวลของ H ในทนคอสดสวนโดยมวลตามฐานเชอเพลงในสภาพเดมเนองจากเชอเพลงทเปนฐานการคำนวณหาประสทธภาพมทงความชนและเถา

3. การสญเสยความรอนไปกบความชนในอากาศL3 = !:AFRA: pv(Tg � Ta)HHV (5.33)

โดยท ! คอความชนสมบรณในอากาศ เปนทนาสงเกตวาสตรของ L3 ไมไดรวมคาความรอนแฝงในการกลายไอนำเหมอนสตรของ L2 ทงนเนองจากความชนในเชอเพลงอยในสถานะของเหลวในขณะทความชนในอากาศอยในสถานะกาซ โดยทวไป L3 มคานอยมาก การคำนวณประสทธภาพของหมอไอนำจงอาจสมมตวาL3 = 0

4. การสญเสยความรอนไปกบคารบอนทไมเผาไหม การเผาไหมทไมสมบรณอาจจะทำใหไดขเถา (refuse) ทประกอบดวยเถาและคารบอนทไมเผาไหม โดยทวไปขเถาจะถกนำไปทง ดงนนการมคารบอนในขเถาจงนบเปนการสญเสยความรอนโดยเปลาประโยชน สมการของการสญเสยความรอนจากสาเหตนคอL4 = xu :HHVCHHV (5.34)

โดยท xu คออตราสวนของมวลคารบอนทเหลอจากการเผาไหมตอมวลเชอเพลงและ HHVC คอ คาความรอนของคารบอน (32800 kJ/kg)

5. การสญเสยความรอนไปกบคารบอนมอนอกไซดในกาซเสย กาซเสยทม CO สา-มารถนำไปเผาไหมเพอใหความรอนได แตในทางปฏบต กาซเสยจะถกระบายออก


สบรรยากาศ สมการการสญเสยความรอนสามารถคำนวณไดดงนL5 = มวลของ COมวลของเชอเพลง

� คาความรอนของ COคาความรอนของเชอเพลง= มวลของ CO

มวลของ C ในเชอเพลงทเผาไหม� มวลของ C ในเชอเพลงทเผาไหม

มวลของเชอเพลง� คาความรอนของ COคาความรอนของเชอเพลง= MCOyCOx bHHVCOMC(yCO + yCO2)HHV (5.35)

โดยท x b คอสดสวนของมวลคารบอนทเผาไหมตอมวลเชอเพลง นำหนกโมเลกลของ CO (MCO) เทากบ 28 นำหนกโมเลกลของ C (MC ) เทากบ 12 และคาความรอนของ CO (HHVCO) เทากบ 10100 kJ/kg

6. การสญเสยความรอนไปกบการถายเทความรอนระหวางหมอไอนำกบสงแวดลอมโดยการพาความรอนและการแผรงสความรอน การสญเสยพลงงานดวยสาเหตนขนกบอณหภมผวและพนทผวของหมอไอนำ อณหภมผวมคาคอนขางคงทแมวาอตราการผลตไอนำจะลดลง ดงนนการสญเสยพลงงานดวยการพาความรอนและการแผรงสความรอนมสดสวนทผกผนกบอตราการผลตไอนำเชน สดสวนการสญเสยพลงงานจะเพมขนเทาตวถาอตราการผลตไอนำลดลงครงหนง นอกจากนสดสวนการสญเสยพลงงานดวยสาเหตนจะลดลงถาหมอไอนำทมกำลงการผลตสงเพมขน คาความรอนสญเสยจากการถายเทความรอนนมคานอยมากไมเกน1% ในหมอไอนำสมยใหมทไดรบการออกแบบอยางด ในการคำนวณประสทธ-ภาพของหมอไอนำ จะสมมตวาทราบคา L6ตวอยาง หมอไอนำใบหนงมกำลงการผลตไอนำ 180 ton/h แตผลตไอนำเพยง

170 ton/h ทความดน 4 MPa และอณหภม 405ÆC โดยนำปอนเขาหมอไอนำมอณหภม124ÆC และถานหนทประกอบดวย C 73%, H 5%, O 8%, N 2%, ความชน 6% และเถา 6% อตราการเผาไหมถานหนเทากบ 17600 kg/h และถานหนนเผาไหมกบอากาศสวนเกน 30% ทมอณหภม 27ÆC ถานหนโดยไดขเถาในอตรา 1232 kg/h ในขเถามคารบอน 14.3% โดยมวลและกาซเสยทมอณหภม 167ÆC จากการวเคราะกาซเสยแหงพบวาม CO2 13.65%, CO 0.47% และ O2 5.18% โดยปรมาตร ทเหลอเปน N2สมมตวาไมมความชนในอากาศ จงคำนวณหาประสทธภาพของหมอไอนำดวยวธความรอนเขาออกและวธความรอนสญเสยโดยใชคาความรอนสงของเชอเพลง สมมตวา L6 =


0.5%

วธทำวธความรอนเขาออกhout คอเอนทลปของไอนำทความดน 4 MPa และอณหภม 405ÆC สวน hin

คอเอนทลปของนำปอนทอณหภม 124ÆC เนองจากเอนทลปของนำไมเปลยนแปลงมากนกตามความดน hin จงมคาโดยประมาณเทากบเอนทลปของนำอมตวทอณหภม124ÆC จากตารางไอนำพบวา hout = 3225.3 kJ/kg และ hin = 520.0 kJ/kg คาความรอนสงทคำนวณจากสมการ (4.22) คอ 30369 kJ/kg ดงนนประสทธภาพของหมอไอนำตามสมการ (5.20) โดย HV = HHV มคาดงน�b = 170� 103(3225:3� 520:0)17600(30369)= 0:860

วธความรอนสญเสยในขเถา 1232 kg/h มคารบอนทไมเผาไหม 0.143 � 1232 = 176 kg/h

ดงนน สดสวนของคารบอนทไมเผาไหม (xu ) จงเทากบ 0.01 และสดสวนของคารบอนทเผาไหม (x b) เทากบ 0.72

สดสวนของ N2 ในกาซเสยแหงคอ 1 - 0.1365 - 0.0047 - 0.0518 = 0.807สดสวนของกาซเสยแหงคำนวณจากสมการ (5.31)xdg = [11(0:1365) + 7(0:0047) + 8(0:0518) + 7(0:807)℄� 0:723(0:0047 + 0:1365)= 12:9การสญเสยความรอนใหกาซเสยแหงคำนวณจากสมการ (5.28)L1 = 12:9� 1:0� (167� 27)30369= 0:0595การสญเสยความรอนสญเสยใหความชนในกาซเสยคำนวณจากสมการ (5.32)L2 = (0:06 + 9� 0:05)[2442 + 1:9(167� 27)℄30369= 0:0455

5.6 ประสทธภาพของหมอไอนำ 115L3 = 0 เนองจากไมมความชนในอากาศสดสวนของคารบอนทไมเผาไหมคอ 0.01 การสญเสยความรอนจากคารบอนทไม

เผาไหมคำนวณจากสมการ (5.34)L4 = 0:01� 3280030369= 0:0108การสญเสยความรอนจาก CO ในกาซเสยคำนวณจากสมการ (5.35)L5 = 28� 0:47� 0:72� 1010012(0:47 + 13:65)� 30369= 0:0186แทนคา L1 � L5 ทคำนวณได และ L6 ทโจทยกำหนดมาให ในสมการ (5.27)�b = 1� 0:0595� 0:0455� 0� 0:0108� 0:0186� 0:0050= 0:861ตวอยางขางตนแสดงใหเหนวา ความชนในกาซเสยกอใหเกดความรอนสญเสย

ในสดสวนทสง โรงไฟฟาทวไปมกปลอยใหความชนนระบายออกสบรรยากาศโดยไมมมาตรการนำความรอนสวนนมาใชประโยชนเนองจากการกความรอนจะตองทำใหความชนควบแนนซงอาจทำใหเกดกรดซลฟรกถามกาซซลเฟอรไดออกไซดในกาซเสย ดงนนคาความรอนของเชอเพลงทนำมาใชประโยชนไดจรงจงเปนคาความรอนตำตามสมการ(4.23) ในการคำนวณประสทธภาพของหมอไอนำโดยใชคาความรอนตำ คา HV ในสมการ (5.20) และ (5.25) คอ LHV การคำนวณดวยวธความรอนทสญเสยไปกบความชนในกาซเสย (L2) ซงทำใหประสทธภาพของหมอไอนำคำนวณจาก�b = 1� (L1 + L3 + L4 + L5 + L6)HHVLHV (5.36)

ตวอยาง จงคำนวณประสทธภาพของหมอไอนำในตวอยางทแลวโดยใชคาความรอนตำของเชอเพลง

วธทำคาความรอนตำทคำนวณจากสมการ (4.23) คอ�b = 30369� 2442(9(0:05) + 0:06)

116 เทอรโมไดนามกสของโรงไฟฟาพลงความรอน= 29124ประสทธภาพของหมอไอนำโดยใชคาความรอนตำมคาเทากบ�b = 0:861� 3036929124 = 0:8985.7 ระบบผลตพลงงานรวม

ระบบผลตพลงงานรวม (cogeneration) หมายถงระบบผลตพลงงานไฟฟารวมกบพลงงานความรอน ระบบนแตกตางจากวฏจกรกำลงงานทวไปซงผลตพลงงานไฟฟาโดยปลอยความรอนสแหลงรบความรอนโดยเปลาประโยชน ระบบผลตพลงงานรวมจงเปนระบบทใชประโยชนจากเชอเพลงอยางมประสทธภาพมากกวาวฏจกรกำลงงาน ระบบผลตพลงงานรวมแบงเปนระบบผลตไฟฟาตามหลง (bottoming system) และระบบผลตไฟฟานำหนา (topping system) รปท 5.22 แสดงแผนภาพของทงสองระบบ ระบบผลตไฟฟาตามหลงใชในกรณทความรอนทตองการเปนความรอนทมอณหภมสงเพอใชในอตสาหกรรมเหลก คอนกรต เซรามกและอตสาหกรรมปโตรเคมบางประเภท อตสาห-กรรมเหลานจะใชความรอนทไดจากการเผาไหมเชอเพลงทอณหภมสงไปใชในกระบวนการผลต ความรอนทเหลอจะนำไปใชผลตไฟฟาในวฏจกรกำลงงาน ระบบผลตไฟฟานำหนาใชวฏจกรกำลงงานผลตไฟฟาและนำความรอนทไดไปใชประโยชนในกระบวนการผลตของอตสาหกรรมทไมตองการอณหภมทสงมากเชน การกลน การอบแหง การฆาเชอโรค เปนตน นอกจากนความรอนทไดจากระบบผลตไฟฟานำหนายงนำไปเดนเครองปรบอากาศแบบดดกลน (absorption chiller) ไดอกดวย ในปจจบนการใชเชอเพลงผลตพลงงานไฟฟา พลงงานความรอน และความเยนจากเรยกวา การผลตพลงงานสามรป (trigeneration)

ระบบผลตพลงงานรวมในประเทศไทยสวนใหญเปนระบบผลตไฟฟานำหนา พบไดในโรงงานอตสาหรรมและอาคารธรกจขนาดใหญ ระบบผลตพลงงานรวมมกำลงการผลตไฟฟานอยกวาโรงไฟฟามากเนองจากระบบถกออกแบบใหผลตไฟฟาเพยงพอกบการใชงานในโรงงานอตสาหรรมและอาคารธรกจขนาดใหญ อยางไรกตามโรงงานบางประเภทมเชอเพลงซงเปนวสดทางการเกษตรทเหลอทงปรมาณมาก และสามารถใชเชอเพลงดงกลาวผลตไฟฟามากเกนความตองการของโรงงาน ในกรณนโรงงานสามารถขายไฟฟาใหการไฟฟาฝายผลตไดเนองจากรฐบาลมนโยบายสงเสรมการผลตพลงงานรวม

ระบบผลตพลงงานรวมมหลายแบบขนกบวฏจกรกำลงงานทใช รปท 5.23 แสดงระบบผลตพลงงานรวมทใชวฏจกรแรงคน เครองกงหนไอนำถกออกแบบใหปลอยไอนำ

5.7 ระบบผลตพลงงานรวม 117

รปท 5.22: (ก) ระบบผลตไฟฟาตามหลง และ (ข) ระบบผลตไฟฟานำหนา

รปท 5.23: ระบบผลตพลงงานรวมทใชเครองกงหนไอนำแบบแรงดนยอนกลบ

ออกทความดนสงกวาความดนบรรยากาศเพอนำไปใชในกระบวนการผลต เครองกงหนแบบนเรยกวา เครองกงหนแบบแรงดนยอนกลบ (back-pressure turbine) ระบบนมขอดคอ ไมมเครองควบแนน มราคาถกและงายในการเดนเครอง แตขอเสยคอ มประ-สทธภาพตำ และขาดความยดหยนเพราะไมสามารถตอบสนองความตองการไฟฟาและความรอนทอาจเปลยนแปลงได รปท 5.24 แสดงระบบทมประสทธภาพดขนซงใชเครองกงหนแบบควบแนนแยก (extraction turbine) ซงปลอยไอนำ สเครองควบแนนทมความดนตำกวาบรรรยากาศ ไอนำบางสวนถกดงออกจากเครองกงหนเพอใชในกระบวนการผลตโดยปรมาณไอนำนสามารถเปลยนแปลงไดตามความตองการของกระบวนการผลต ในกรณทความตองการสงกวาทจะไดจากการดงไอนำกอาจควบคมใหไอนำไหล


ออมเครองกงหนมายงกระบวนการผลตโดยตรงได ระบบนจงมความยดหยนสงแตกมคาใชจายสงกวาระบบทใชเครองกงหนแบบแรงดนยอนกลบ

รปท 5.24: ระบบผลตพลงงานรวมทใชเครองกงหนไอนำแบบควบแนนแยก

5.7 ระบบผลตพลงงานรวม 119


1. ถาไอนำทออกจากเครองกงหนมความชนมากเกนไปจะเกดผลเสยอยางไร

2. อะไรคอขอจำกดของการเพมประสทธภาพของวฏจกรแรงคนโดยการลดความดนในเครองควบแนน

3. การทำรเจนเนอเรชนเพมประสทธภาพใหวฏจกรแรงคนไดอยางไร

4. จงเขยนแผนภาพของวฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบเปดหนงเครอง โดยแสดงอปกรณสำคญและทศทางการไหลในแผนภาพดวย

5. ทำไมนำในเครองควบแนนของวฏจกรแรงคนจงไมสามารถมอณหภมทตำมาก ๆไดทง ๆ ทจะเปนการเพมประสทธภาพใหวฏจกร

6. วฏจกรแรงคนทมการทำรเจนเนอเรชนจะตองมอปกรณใดเพมเตมจากอปกรณหลก (ซงไดแก เครองสบ, เครองกำเนดไอนำ, เครองกงหน และเครองควบแนน)

7. นอกจากทำหนาทเพมอณหภมใหนำปอนแลว เครองอนนำปอนแบบเปดยงทำหนาทอะไรอก

8. เครองอนนำปอนแบบปดแบงออกเปนกแบบ อะไรบาง

9. จงเขยนแผนภม T-s ของวฏจกรแรงคนทมการใหความรอนซำหนงครงแตไมมการทำรเจนเนอเรชน

10. เครองอนนำปอนสามารถเพมประสทธภาพของวฏจกรแรงคนไดอยางไร

11. จงเขยนแผนภม T-s ของวฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบเปดหนงเครอง

12. จงเขยนแผนภาพของวฏจกรแรงคนทมเครองอนนำปอนแบบปดหนงเครอง โดยนำควบแนนไหลกลบไปทเครองควบแนน แสดงอปกรณทกอปกรณและทศทางการไหลในแผนภาพดวย

13. ไอนำทมความดน 6 MPa และอณหภม 850 K มเอนทลปประมาณเทาไร

14. ไอนำทมอณหภม 900 K และความดน 12 MPa ไหลเขาเครองอนนำปอนแบบปดซงออกแบบใหมคา TTD เทากบ 5 K อยากทราบวานำปอนทไหลออกจากเครองจะมอณหภมเทาไร


15. วฏจกรแรงคนมเครองอนนำปอนแบบเปด ความดนและอณหภมของไอนำทเขาเครองกงหนไอนำเทากบ 10 MPa และ 700 K ไอนำทดงจากเครองกงหนมความดน 3 MPa และความดนในเครองควบแนนเทากบ 0.01 MPa จงหาประ-สทธภาพของวฏจกร (สมมตวางานทใหเครองสบนอยมาก)

16. วฏจกรแรงคนหนงม เครองอนนำปอนแบบปดโดยทนำระบายถกสบและสงไปผสมกบนำปอนทจะไหลเขาเครองกำเนดไอนำ ความดนและอณหภมของไอนำทเขาเครองกงหนเทากบ 8 MPa และ 850 K ไอนำทดงจากเครองกงหนมความดน0.8 MPa และความดนในเครองควบแนนเทากบ 0.01 MPa เครองอนนำปอนไมมเครองทำใหนำระบายเยน (drain cooler) คา TTD ของเครองเทากบ 5ÆC จงหาประสทธภาพของวฏจกร (สมมตวางานทใหเครองสบนอยมาก)

17. โรงไฟฟาแหงหนงมอตราความรอนเทากบ 9000 kJ/kW.h จงหาประสทธภาพรวมของโรงไฟฟาแหงน

18. จงหาประสทธภาพของหมอไอนำทผลตไอนำในอตรา 180 ton/h ทความดน 4MPa และอณหภม 800 K โดยนำปอนทไหลเขาหมอไอนำเปนนำทมอณหภม450 K หมอไอนำนใชเชอเพลงทมคาความรอน 15000 kJ/kg และอตราการใชเชอเพลงคอ 10 kg/s

19. ในการเผาไหม เชอเพลงแขงชนดหนง ซงม สดสวนโดยมวลของคารบอนเทากบ70% พบวาไดกาซเสยแหงซงประกอบดวย CO2 10%, O2 5% SO2 1% CO0.5% และ N2 83.5% ถาคารบอนในเชอเพลงนเผาไหมจนหมด อยากทราบวาเชอเพลง 1 kg จะใหกาซเสยแหงเทาไร

20. เชอเพลงในขอทแลวใชผลตไอนำในหมอไอนำ ถาเชอเพลงดงกลาวมคาความรอนสงเทากบ 19600 kJ/kg ประสทธภาพของหมอไอนำจะลดลงเทาไรจากการเผาไหมไมสมบรณซงทำใหเกด CO (คา HHV ของ CO คอ 10080 kJ/kg)

บทท 6

เครองกำเนดไอนำ

6.1 ประเภทของหมอไอนำ

หมอไอนำเปนอปกรณทพบเหนทวไปในโรงไฟฟา โรงงานอตสาหกรรม และอา-คารธรกจ หมอไอนำมหลายขนาด ตงแตขนาดเลกทมอตราการผลตไอนำตำและความดนตำซงสามารถหาซอไดในทองตลาด ไปจนถงขนาดใหญทมอตราการผลตไอนำสงและความดนสงซงตองกอสรางในสถานทใชงาน หมอไอนำในกระบวนการผลต (pro-cess boiler) หมายถง หมอไอนำทใชผลตไอนำความดนตำเพอใชในกระบวนการผลตของโรงงานอตสาหกรรมหรอใชเพอวตถประสงคอน ๆ ในโรงแรม โรงพยาบาล หรออาคารขนาดใหญอน ๆ หมอไอนำประเภทนมขนาดเลกและความสามารถในการผลตไอนำไมสงมากนก หมอไอนำยทลต (utility boiler) หมายถง หมอไอนำทใชผลตไอนำความดนสงในโรงไฟฟา หมอไอนำ หมอไอนำยทลตมขนาดใหญและมกำลงการผลตไอนำสง

การ จำแนกหมอ ไอนำ ยง อาจกระทำ ได โดย พจารณา จากหลกการผลต ไอนำ ซงแบงหมอไอนำเปน 2 ประเภทคอ หมอไอนำแบบทอไฟ (fire-tube boiler) และหมอไอนำแบบทอนำ (water-tube boiler) หมอไอนำแบบทอไฟเปนทรจกกนมาตงแตเรมมการผลตไอนำเพอใชประโยชนในดานตาง ๆ ซงรวมถงการใชพลงไอนำขบเคลอนขบวนรถไฟ ถงแมวาในปจจบนการใชประโยชนจากหมอไอนำแบบนจะลดลงมามาก แตมนกยงมความสำคญในกรณทความตองการความดนไอนำไมเกน 18 bar และกำลงการผลตไอนำไมเกน 6.2 kg/s หมอไอนำแบบทอไฟมขอไดเปรยบทมขนาดเลก ราคาทไมสงนก ความงายในการใชงาน ความงายในการดแลรกษา และการตอบสนองทรวดเรวตอความตองการไอนำทเปลยนแปลง สวนประกอบสำคญของหมอไอนำแบบทอไฟคอเปลอกหมอไอนำ (boiler shell) ทอ เตาเผา และวาลวนรภย กาซเสยทมอณหภมสง

122 เครองกำเนดไอนำ

ทไดจากการเผาไหมในเตาเผาจะไหลในทอและถายเทความรอนใหนำทอยนอกทอและภายในเปลอกหมอไอนำ ความดนของไอนำถกควบคมไมใหสงเกนไปโดยวาลวนรภยซงจะเปดออกเพอลดความดนของไอนำทสงเกนไปใหตำลงมาอยในระดบทปลอดภย ขอจำ-กดทสำคญของหมอไอนำแบบทอไฟคอ ขนาดและความดนถกจำกดโดยความเคนดง(tensile stress) สงสดทโลหะของหมอไอนำสามารถทนไดซงคำนวณจาก� = pD2t (6.1)

โดยท � คอ ความเคนดง p คอ ความดนไอนำ D คอ ความยาวเสนผาศนยกลางของหมอไอนำและ t คอ ความหนาของเปลอกหมอไอนำ ถาตองการผลตไอนำทมความดนสงขนโดยไมเปลยนกำลงการผลตไอนำ (D คงท) ความหนาของเปลอกหมอจะตองเพมเพอควบคมไมใหความเคนดงมากเกนไป ความหนาทเพมขนหมายถงนำหนกและราคาของหมอไอนำทเพมตามไปดวย

หมอไอนำแบบทอนำมหลกการทำงานตรงขามกบหมอไอนำแบบทอไฟ กลาวคอนำและไอนำจะไหลในทอโดยรบความรอนจากกาซเสยทไหลนอกทอและการแผรงสจากเปลวไฟทเกดจากการเผาไหมเชอเพลง หมอไอนำแบบทอนำมขอไดเปรยบอยางเหนไดชดเมอเปรยบเทยบกบหมอไอนำแบบทอไฟคอ ความสามารถในการผลตไอนำทมความดนสงและอตราการไหลสง ในการออกแบบหมอไอนำแบบทอนำใหทนความดนสง ความยาวเสนผาศนยกลางของทอตองไมมากเกนไปและความหนาของทอจะตองมคาทเหมาะสมเพอใหความเคนดงทเกดขนไมเกนกวาโลหะของทอจะทนทานได ถงแมวาการจำกดความยาวเสนผาศนยกลางของทอจะจำกดอตราการผลตไอนำในทอไปดวย แตการเพมอตราการผลตไอนำของหมอไอนำสามารกระทำไดโดยการเพมจำนวนทอ ขอได-เปรยบของหมอไอนำแบบทอนำดงกลาวนทำใหโรงไฟฟาผลตไอนำดวยหมอไอนำแบบทอนำ

6.2 หลกการทำงานของเครองกำเนดไอนำ

หมอไอนำแบบทอนำทใชในโรงไฟฟาทำงานรวมกบอปกรณอน ๆ ในการผลตไอนำความดนสงและอณหภมสงเพอปอนสเครองกงหนไอนำ หมอไอนำและอปกรณเหลานจงมกมชอเรยกรวมวา เครองกำเนดไอนำ (steam generator) เครองกำเนดไอนำสามารถแบงเปนสองแบบคอ เครองกำเนดไอนำแบบมถงพกไอนำ (drum-type steamgenerator) และเครองกำเนดไอนำแบบไหลผานครงเดยว (once-through steam gen-erator) รปท 6.1 แสดงสวนประกอบทสำคญของเครองกำเนดไอนำแบบแรกซงไดแก

6.2 หลกการทำงานของเครองกำเนดไอนำ 123

เตาเผา (furnace) เครองระเหย (evaporator) ถงพกไอนำ (drum) เครองทำไอนำยวดยง (superheater) เครองใหความรอนซำ (reheater) เครองประหยดเชอเพลง(economizer) และเครองอนอากาศ (air heater) ความรอนจากการเผาไหมเชอเพลงในเตาเผาจะทำใหนำปอนกลายเปนไอนำโดยการแผรงสความรอนและการพาความรอนนำปอนจะไหลเขาเครองประหยดเชอเพลงเพอเพมอณหภมใหใกลจดเดอดกอนทจะเขาเครองระเหยเพอเปลยนสถานะเปนไอนำ มนำบางสวนเทานนทกลายเปนไอ ดงนนของไหลทออกจากเครองระเหยจงเปนสวนผสมของไอนำกบนำ ซงจะไหลเขาถงพกไอนำเพอแยกนำออกจากไอนำอมตว โดยนำจะไหลเขาเครองระเหยใหมในขณะทไอนำอมตวจะไหลเขาเครองทำไอนำยวดยงกอนทจะถกสงไปทเครองกงหนความดนตำ ไอนำทออกจากเครองกงหนความดนตำจะไหลกลบมาทเครองใหความรอนซำเพอเพมอณหภมใหเทากบอณหภมไอนำทไหลเขาเครองกงหนความดนตำกอนไหลเขาเครองกงหนความดนสง ขอจำกดทสำคญของเครองกำเนดไอนำแบบมถงพกไอนำคอ ความสามารถในการแยกไอนำออกจากนำของถงพกไอนำลดลงเมอความดนของไอนำเพมขน ทความดนวกฤต 22.1 bar เครองกำเนดไอนำแบบนจะไมสามารถทำงานไดเนองจากไอนำจะมความหนาแนนใกลเคยงกบนำ

รปท 6.1: สวนประกอบทสำคญของเครองกำเนดไอนำแบบมถงพกไอนำ

เครองกำเนดไอนำแบบไหลผานครงเดยวใชงานในวฏจกรแรงคนเหนอวกฤต (รปท 5.11) ถงแมวาเครองกำเนดไอนำแบบนจะมคากอสรางสงกวาเครองกำเนดไอนำแบบ


มถงพกไอนำ แตวฏจกรแรงคนเหนอวกฤตมประสทธภาพสงกวาวฏจกรแรงคนแบบธรรมดา จงอาจมความคมคาเชงเศรษฐศาสตรในการกอสรางโรงไฟฟาททำงานดวยวฏ-จกรแรงคนเหนอวกฤต สวนประกอบทสำคญของเครองกำเนดไอนำแบบไหลผานครงเดยวคลายกบทแสดงในรปท 6.1 แตไมมถงพกไอนำ อปกรณแลกเปลยนความรอนในเครองกำเนดไอนำแบบไหลผานครงเดยวเปนกลมทอทมไอนำและนำไหลภายใน นำจะคอย ๆ เปลยนสถานะเปนไอนำจากการไหลผานอปกรณตาง ๆ ซงไดรบความรอนจากการแผรงสความรอนและการพาความรอน เครองแยกไอนำ (steam separator) ทำหนาทคลายถงพกไอนำ แตมขนาดเลกกวามากเนองจากความชนทปะปนมากกบไอนำทไหลเขาเครองแยกไอนำมปรมาณนอย เครองแยกไอนำจะแยกความชนนออกจากไอนำแหงซงจะถกสงตอไปยงเครองทำไอนำยวดยงโดยนำถกแยกออกมาจะสงกลบไปทเครองประหยดเชอเพลง เครองกำเนดไอนำแบบไหลผานครงเดยวตองการนำปอนทมการเจอ-ปนของเกลอแรนอยมากเนองจากเกลอแรจะตกคางอยภายในเครองและจะทำใหประ-สทธภาพของการผลตไอนำถดถอยลง

6.3 เตาเผาและเครองระเหย

เตาเผาทำหนาทผลตพลงงานความรอนจากการเผาไหมเชอเพลง โดยความรอนสวนหนงจะถายเทสผนงของเตาเผาโดยการแผรงสความรอน ความรอนสวนทเหลอจะอยในกาซเสยอณหภมสงทไหลออกจากเตาเผา นอกจากนเตาเผายงทำหนาทสะสมขเถาไวทดานเตาเผากอนถกเคลอนยายออกไป การออกแบบเตาเผาตองคำนงถงลกษณะข-เถาทเกดขนวาจะหลอมเหลวทอณหภมไหน

ผนงของเตาเผามทงวสดทนไฟ (refractory) และทอนำเลก ๆ หลายทอวางเรยงกนในแนวตง เรยกวาผนงนำ (water wall) รปท 6.2 แสดงโครงสรางโดยคราว ๆ ของผนงนำ ทอหลายทอเรยงตวเปนแถวและเชอมตอดวยเมมเบรน (membrane) ซงทำจากโลหะ แถวของทอวางชดกบวสดทนไฟ ผนงนำทำใหความรอนจากการแผรงสมาถงวสดทนไฟนอยลงซงจะชวยยดอายการใชงานของวสดทนไฟ ความรอนทดดกลนโดยผนงนำทำใหนำในทอกลายเปนไอ ดงนนผนงนำจงทำหนาทเปนเครองระเหย นำอมตวไหลเขาเครองระเหยทางดานลางและไอนำปนนำไหลออกทางดานบน

นำทไหลเขาทอจะเปลยนสถานะตลอดการไหลเนองจากทอไดรบความรอนจากการแผรงสความรอนของเปลวไฟ กาซรอน เขมาและขเถาในเตาเผา สถานะของนำเปนของเหลวอมตวตรงทางเขาทอและจะกลายเปนนำผสมไอนำจากการไดรบความรอนโดยสดสวนของไอนำจะเพมขนเรอย ๆ ตามทศทางการไหลของนำ รปท 6.3 แสดงใหเหนวา ความรอนทนำไดรบทำใหรปแบบการไหลของนำเปลยนแปลงตลอดการไหล การไหล

6.3 เตาเผาและเครองระเหย 125

รปท 6.2: โครงสรางของผนงนำ

ผานทอทไดรบความรอนสามารถแบงออกเปนชวง ๆ ในชวงแรกนำยงไมเปลยนสถานะเปนไอเรยกวาชวงการพาความรอน (convection) เมอไหลไประยะหนงจะเรมเกดฟองไอนำในของเหลวโดยทฟองเรมกอตวทผนงทอ ชวงการไหลนเรยกวาการไหลพรอมฟองไอ (bubbly flow) ขนาดของฟองไอจะใหญขนเรอย ๆ จนกระทงฟองไอรวมตวกนเปนกอนไอและการไหลจะเปนการไหลพรอมกอนไอ (slug flow) เมอมการเปลยนสถานะเพมขนอก การไหลจะกลายเปนการไหลแบบวงแหวน (annular flow) ซงเปนการไหลทมฟลมของเหลวไหลชดผนงทอและมไอไหลทแกนของทอขนานกบของเหลว ไอในชวงนจะไหลดวยความเรวสงซงทำใหการเปลยนสถานะเปนไอเกดขนอยางตอเนองและสงผลใหฟลมของเหลวบางลงตามทศทางการไหล ในทสดของเหลวจะระเหยจนหมดชวงการไหลสดทายจงเปนการไหลพรอมละออง (mist flow) รปท 6.3 แสดงการเปลยนแปลงของสมประสทธการถายเทความรอน (h) ตลอดทกชวงการไหล h จะเพมขนอยางรวดเรวเมอมการเกดฟองไอในชวงการไหลพรอมฟองไอ หลงจากนน h เพมขนอยางตอเนอง แตเมอฟลมของเหลวเหอดแหงไปหมดในชวงทายของการไหลแบบวงแหวน hจะลดลงอยางรวดเรว

ถงแมวาหนาทของเครองระเหยคอ การผลตไอนำ แตการปลอยใหการไหลอยในชวงการไหลพรอมละอองเปนสงทไมพงปรารถนาเนองจากคา h ในชวงการไหลนตำมากความรอนทสะสมในทอเปนผลตางระหวางความรอนททอไดรบกบการพาความรอนจากทอสนำในทอบวกกบ ความรอนทสะสมในทอสงผลโดยตรงตออณหภมของทอ ถาการพาความรอนมคานอยเกนไป อณหภมของทออาจเพมขนจนทำใหทอเสยหายได ดงนนจงควรออกแบบเครองระเหยใหคา h เฉลยซงแปรผนตามคาการพาความรอนในทอมคามากพอไมมชวงการไหลพรอมละออง ผลทตามมาคอ ไอนำทไหลออกจากเครองระเหยจะไมใชไอนำแหงแตมความชนปนอยซงทำใหตองมการแยกความชนออกจากไอนำกอนสงไอนำอมตวไปยงเครองทำไอนำยวดยง


รปท 6.3: ลกษณะการไหลของนำภายในทอทไดรบความรอนจากภายนอก

6.4 ถงพกไอนำ

ถงพกไอนำเปนอปกรณททำงานภายใตความสง (pressure vessel) ขนาดและความหนาของถงพกไอนำจงตองออกแบบตามสมการ (6.1) โดยทวไปถงพกไอนำมรปทรงกระบอกซงมความยาวมากกวา 30 m เสนผาศนยกลางยาวกวา 4.5 m มทางออกของไอนำประมาณ 30 แหง และตอกบทอจำนวนมากซงประกอบดวย ทอนำขน (riser)ทอนำลง (downcomer) ทอสงนำปอนเขา และทอสงไอนำอมตวออก รปท 6.4 แสดงแผนภาพของถงพกไอนำ จะเหนวาถงพกไอนำทำหนาทแยกไอนำอมตวออกจากนำอมตว โดยไอนำอมตวจะถกสงตอไปทเครองทำไอนำยวดยง

ไอนำอมตวทออกจากถงไอนำควรเปนไอนำแหงหรอไอนำทไมมละอองนำปะปนมาดวยความชนซงมเกลอละลายปนอยทถกสงกบไอนำไปยงเครองทำไอนำยวดยงจะทำใหเกดคราบเกลอบนผวของเครองทำไอนำยวดยง คราบเกลอจะทำใหทอของเครองทำไอนำยวดยงนำความรอนแยลง ถายเทความรอนสไอนำไดนอยลง และทำใหทอมอณหภมสงขน ถาหากอณหภมทอสงเกนไปทอกจะเสยหายได วธทงายทสดในการแยกไอนำออกจากนำคอ ใชแรงโนมถวงของโลก โดยไอนำจะลอยขนและนำเดอดจะอยดานลางถงพกไอนำ วธนเหมาะสมกบกรณทอตราการผลตไอนำตำและความดนของระบบไมสงมากนกเพราะความเรวของไอนำทตำจะทำใหละอองนำปนมากบไอนำมปรมาณนอย และความหนาแนนของไอนำและนำเดอดจะตางกนมากทความดนตำ แตในกรณ

6.4 ถงพกไอนำ 127

รปท 6.4: วงจรการไหลเวยนของนำและไอนำผานถงพกไอนำ

ของเครองกำเนดไอนำทมกำลงการผลตสงและความดนสง การแยกไอนำตองอาศยวธเชงกล ซงหลกการทำงานมสองขนตอน ขนตอนแรกคอ การแยกไอนำออกจากนำ ขนตอนทสองคอ การแยกความชนออกจากไอนำซงทำใหไดไอนำแหง

รปท 6.5 แสดงถงพกไอนำทตดตงแผนกน (baffle) สำหรบการแยกไอนำออกจากนำในขนตอนแรกและตะแกรง (screen) สำหรบการทำใหไอนำแหงในขนตอนทสอง แผนกนทำหนาทเปลยนทศทางการไหลของไอนำ ละอองนำทลอยปะปนมากบไอนำจะมความเฉอยสงกวาไอนำและไมสามารถเปลยนทศทางการไหลไดเหมอนไอนำดงนนไอนำจะไหลแยกตวออกจากละอองนำเมอไหลผานแผนกน ตะแกรงทำดวยตาขายลวดวางเรยงตวกนหลายชน ลวดแตละเสนจะดงดดและขดขวางการไหลผานของความชนในไอนำ เมอนำสะสมทตะแกรงมปรมาณมากกจะหยดลงกลบคน ส ถงพกไอนำอยางไรกตามในกรณทความดนในถงพกไอนำสงมาก ความแตกตางระหวางความหนา-แนนของไอนำและนำเดอดจะนอยมาก แผนกนอาจทำหนาทไดไมดเทาทควร จงตองใชแรงหนศนยกลางมาชวยแยกไอนำจากนำเดอด ซงอปกรณททำงานโดยหลกการนคอเครองแยกแบบไซโคลน (cyclone separator) ของผสมระหวางไอนำกบละอองนำจะไหลเขาสเครองแยกและจะไหลวนในเครอง ละอองนำทมความหนาแนนมากกวาไอนำถกเหวยงไปกระทบผนงของเครองและไหลลงดานลางในขณะทไอนำจะไหลขนหลงจากนนไอนำจะไหลผานตะแกรงเพอแยกเอาความชนออกไปกอนไหลออกจากถงพกไอนำ

การไหลเขาออกของนำและไอนำในถงพกไอนำมปรมาณนอยกวาการไหลเวยนของนำและไอนำในทอนำลงและทอนำขน ภายในทอนำลงจะมแตนำอมตว สวนภายในทอนำขนจะมไอนำผสมกบนำ ทอนำลงสงนำผานทอรวมเขาผนงนำ ในขณะททอนำ


รปท 6.5: ลกษณะภายในถงพกไอนำ

ขนรบไอนำผสมนำผานทอรวมของผนงนำ สถานะของนำทแตกตางในชวงการไหลลงและการไหลขนทำใหมความแตกตางกนของความหนาแนนเฉลยในทอนำลง (�d) และความหนาแนนเฉลยในทอนำขนและผนงนำ (�r) ซงนำไปสความดนขบเคลอน (�p)สำหรบการไหลเวยนของนำ โดย �p แปรผนตามความสงของถงพกไอนำจากระดบพน(H) และ �d � �r

ระบบไหลเวยนแบบแบบธรรมชาต (natural circulation) เปนระบบทอาศยเพยงความแตกตางระหวาง �d และ �r ระบบนจะทำงานไดกตอเมอความดนขบเคลอนมคามากพอทจะเอาชนะการสญเสยความดนในระบบ การเพมความขบเคลอนอาจทำไดโดยเพม H เพม �r ดวยการเพมสดสวนของไอนำในทอนำขน หรอลด �d ดวยการลดปรมาณฟองอากาศในทอนำลง ฟองอากาศมความหนาแนนนอยกวานำและจะลอยขนไปขดขวาง ดงนนผลดอกประการหนงของการลดปรมาณฟองอากาศคอ การไหลในทอนำลงสะดวกขน วธเหลานตางกมขอจำกด H ถกจำกดโดยคาใชจายในการวางระบบทอ �r ถกจำกดโดยปรมาณไอนำทออกจากทอนำขน และ �d ถกจำกดโดยคาความหนาแนนของนำอมตวในกรณทไมมฟองอากาศในทอนำลงเลย การลดความดนสญเสยในระบบอาจทำไดโดยเพมความยาวเสนผาศนยกลางของทอนำลงซงทำใหความหนาของทอตองเพมตามไปดวย อยางไรกตามระบบไหลเวยนแบบธรรมชาตมประสทธผลลดลงเมอความดนของระบบเพมขนเนองจากผลตางระหวาง �d และ �r จะลดลง ระบบนไม

6.5 การถายนำออก 129

สามารถทำงานไดเมอความดนสงถง 180 bar ระบบทใชในกรณทความดนระบบมคาสงคอ ระบบไหลเวยนแบบบงคบ (forced circulation) ซงใชเครองสบทตดตงททอนำลงเพมความดนขบเคลอนใหระบบ ถงแมวาระบบน มคาใชจายในการตดตงเครองสบ แตกมขอไดเปรยบท H มคาลดลงไดและทำใหสามารถใชทอนำลงมความยาวเสนผาศนยกลางลดลงและความหนาลดลงเมอเทยบกบระบบไหลเวยนแบบธรรมชาต

6.5 การถายนำออก

นำปอนทไหลเขาถงพกไอนำจะตองถกกำจดเอาสงเจอปนออกเสยกอนเพอจะไดไมมสารตกคางในถงพกไอนำ อยางไรกตามนำปอนมกไมบรสทธรอยเปอรเซนต โดยจะมสารแปลกปลอม (total dissolved solid, TDS) จำพวกเกลอละลายปนอย การวดความเขมขนของสารแปลกปลอมอาจใชหนวย ppm (part per million) ซงหมายถงหนงสวนโดยนำหนกของสารแปลกปลอมตอหนงลานสวนของนำ เนองจากมการไหลออกของไอนำจากถงพกไอนำอยตลอดเวลาความเขมขนของสารแปลกปลอมในนำเดอดทเหลออยจงเพมขนตลอดเวลาเชนกน การถายนำออก (blowdown) และทดแทนดวยนำปอนใหมจงเปนสงจำเปนในการควบคมไมใหความเขมขนสงเกนไป

การถายนำออกอาจกระทำอยางตอเนอง (continuous blowdown) หรอกระทำเปนชวง ๆ (intermitten blowdown) การถายนำออกอยางตอเนองมขอไดเปรยบหลายประการเชน ปรมาณสารแปลกปลอมมคาคงทและระดบนำในถงพกไอนำคงท อตราการไหลของนำคงทซงทำใหเครองสบขนาดเลก และระบบควบคมมความซบซอนนอยกวาปรมาณนำทถายออกสามารถคำนวณไดจากการทำสมดลมวลของสงแปลกปลอมในนำปอน รปท 6.6 แสดงการไหลเขาออกในถงพกไอนำโดยไมพจารณาการไหลในทอนำขนและทอนำลงเนองจากเปนการไหลเวยนภายในระบบ ถากำหนดให xd เปนความเขมขนของสารแปลกปลอมในถงพกไอนำ xw เปนความเขมขนของสารแปลกปลอมในนำปอน xs เปนความเขมขนของสารแปลกปลอมในไอนำออกจากถงพกไอนำ และ _msเปนอตราการไหลของไอนำ อตราการไหลของนำถายออกจะมคาดงน_mb = _ms�xw � xsxd � xw� (6.2)

โดยทวไปความเขมขนของสารแปลกปลอมในไอนำมคานอยมาก (xs = 0) สมการ (6.2)กลายเปน _mb = _ms� xwxd � xw� (6.3)


รปท 6.6: การไหลเขาออกของถงพกไอนำ

การถายนำออกเปนชวง ๆ ทำใหอตราการถายนำออกมคาเทากบ _mb ในชวงเวลาd และจะไมมการถายนำออกในชวงเวลาทเหลอ (t) ผลทตามมาคอ ความเขมขนของสารแปลกปลอมในถงพกไอนำมคาเพมขนจาก xd1 เปน xd2 ในชวงเวลาทไมมการถายนำออกและมคาลดลงจาก xd2 เปน xd1 ในชวงเวลาทมการถายนำออกดงแสดงในรปท6.7 อตราการถายนำออกคำนวณไดดงน_mb = _ms(xw � xs)(d+ t)[0:5(xd1 + xd2)� xw℄d (6.4)

ในกรณท t = 0 การถายนำจะเปนแบบตอเนองและ xd1 = xd2 = xd สมการ (6.4) จะกลายเปนสมการ (6.2)

6.6 เครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำ

เครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำเปนกลมทอทมไอนำไหลภายในทอและกาซเสยไหลภายนอกทอ ไอนำไดรบความรอนจากการแผรงสหรอการพาความรอนจากกาซเสยทมอณหภมสงผานทอซงทำดวยโลหะทสามารถนำความรอนไดด เครองทำไอนำยวดยงทำหนาทเพมอณหภมใหไอนำอมตวจากถงพกไอนำกลายเปนไอนำยวดยง สวนเครองใหความรอนซำทำหนาทเพมอณหภมใหไอนำทสญเสยเอนทลปบางสวนไปในเครองกงหนไอนำกอนไหลกลบเขาไปยงเครองกงหนไอนำอกครง เครองใหความรอนซำมกพบในโรงไฟฟาทมกำลงการผลตมากกวา 100 MW และไมคมคาแกการตดตงในโรงไฟฟาขนาดเลกซงจะมเพยงเครองทำไอนำยวดยง

6.6 เครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำ 131

รปท 6.7: การ เปลยนแปลงของ อตรา การ ถายนำ ออกและความ เขมขนของสารแปลกปลอมในการถายนำออกเปนชวง ๆ

การจำแนกเครองทำไอนำยวดยงอาจกระทำไดโดยพจารณาลกษณะการถายเทความรอน เครองทำไอนำยวดยงแบบรบรงสความรอน (radiant superheater) ตดตงอยเหนอเตาเผาเพอรบการแผรงสจากเปลวไฟและอนภาคทลกโชนและมอณหภมสง เครองทำไอนำยวดยงแบบรบการพาความรอน (convective superheater) ตดตงอยในบรเวณทการแผรงสความรอนไปไมถง จงไดรบความรอนโดยการพาจากกาซเสยทไหลออกมาจากเตาเผา เครองใหความรอนซำมกตดตงถดจากเครองทำไอนำยวดยงแบบรบการพาความรอน ดงนนเครองใหความรอนซำจงไดรบความรอนจากการพาความรอนเชนกน

สงสำคญทตองคำนงถงในการออกแบบเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำคอ ความสามารถในการทนอณหภมและความดน ความสามารถในการทนอณ-หภมสงของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำขนกบโลหะทใชทำทอโดยโลหะททนอณหภมไดสงกวายอมจะมราคาแพงกวา การออกแบบทอของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำเพอลดอณหภมของทอจะสามารถชวยประหยดคาใชจายดานวสดได รปท 6.8 แสดงการไหลของกาซเสยผานทอและไอนำในทอสองแบบแบบแรกเปนการไหลแบบขนานกน (parallel flow) แบบทสองเปนการไหลแบบสวนทางกน (counter-flow) สมประสทธการถายเทความรอนของไอนำภายในทอและของกาซเสยภายนอกทอมคาใกลเคยงกน ดงนนอณหภมของทอจงมคาโดยประมาณเทากบคาเฉลยของอณหภมไอนำกบอณหภมกาซเสย รปท 6.8 แสดงใหเหนวาการไหลแบบขนานกนทำใหอณหภมของทอตำกวาการไหลแบบสวนทางกน อยางไรกตามการไหลแบบขนานกนมประสทธภาพเชงความรอนดอยกวาการไหลแบบสวนทางซงหมายความวา ทอทการไหลแบบขนานกนถายเทความรอนไดนอยกวาทอทการไหลแบบสวนทางกน การเลอกรปแบบการไหลของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำจงตอง


คำนงถงอณหภมของทอควบคกบประสทธผลของการแลกเปลยนความรอน

รปท 6.8: การไหลแบบขนานกนและการไหลแบบสวนทางกนในเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำ

ทอของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำไดรบการออกแบบใหทนความดนสงไดตามสมการ (6.1) ในกรณทเครองกำเนดไอนำไดรบการเพมสมรรถนะใหทำงานทความดนสงขน ทอของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำจะตองถกเปลยนใหสามารถทนความดนทสงขน อยางไรกตามทอทมขนาดเลกซงทนความดนไดสง และมพนทมากในการรบความรอนมขอเสยเปรยบเนองจากความดนสญเสยของไอนำ ทไหลในทอจะเพมขนตามความยาวเสนผาศนยกลางของทอทลดลง ปจจยเหลานจงตองนำมาพจารณาในการเลอกขนาดทอ ถาเปรยบเทยบทอของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำ จะพบวาไอนำในเครองใหความรอนซำมความดนตำกวาไอนำในเครองทำไอนำยวดยง ดงนนทอเครองใหความรอนซำจงทนกบความเคนทตำกวาและสามารถมความยาวเสนผาศนยกลางทมากกวาเพอลดการสญเสยความดนไอนำทไหลผาน นอกจากนเครองใหความรอนซำยงสามารถทนอณหภมสงกวาเครองทำไอนำยวดยง อณหภมไอนำทออกจากเครองใหความรอนซำจงอาจสงกวาอณหภมไอนำทออกจากเครองทำไอนำยวดยง 20-30ÆC

การทเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำทำงานทอณหภมสงมากทำใหมโอกาสทขเถาจะหลอมเหลวและไปเกาะทผวของทอ โรงไฟฟาทใชถานหนทมสดสวนของเถามากและอณหภมเถาหลอมเหลวตำมกประสบปญหาดงกลาว ขเถามคาการนำ

6.7 การควบคมอณหภมไอนำ 133

ความรอนตำและกลายเปนฉนวนความรอนซงจะลดการถายเทความรอนจากกาซเสยสไอนำและเพมอณหภมของทอ การปองกนการสะสมของขเถาหลอมเหลวเปนเรองยากแตมอปกรณทสามารถลดการสะสมของขเถาไดคอ เครองเปาฝน (soot blower) ทอของเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำทมจำนวนหลายทอมกวางระยะหางทมากพอทจะทำใหเครองเปาฝนทำงานอยางสะดวกโดยระยะหางระหวางทอจะเพมขนตามอณหภมของกาซเสย นอกจากนทอเหลานมกเปนทอเรยบเพอใหการกำจดขเถาเปนไปอยางมประสทธภาพ ถงแมวาทอทมครบจะมประสทธผลสงกวาในการแลกเปลยนความรอนแตมความลำบากในการกำจดขเถาทสะสมทครบดวยเครองเปาฝน

6.7 การควบคมอณหภมไอนำ

ถงแมวาอณหภมของไอนำทออกจากเครองทำไอนำยวดยงเขาสเครองกงหนจะถกออกแบบใหมคา เหมาะสมทสด แตในความเปนจรงอณหภมไอนำจะแปรเปลยนตามปจจยตาง ๆ เชน อณหภมเตาเผา อตราการผลตไอนำ ความดนไอนำ ปรมาณอากาศสวนเกนในการเผาไหมเชอเพลง ชนดของเชอเพลง อณหภมของนำปอน ความสะอาดของผวอปกรณแลกเปลยนความรอนในระบบ เปนตน ถาปลอยใหเครองกำเนดไอนำทำงานโดยปราศจากการควบคมอณหภม อณหภมไอนำกอาจจะขนลงในชวงอณหภมกวาง ๆ ซงการจำกดใหอณหภมไมสงเกนไปจนสงผลเสยอปกรณตาง ๆ ในระบบรวมทงเครองกงหน หมายถงอณหภมเฉลยทตำลง อนเปนสงทไมพงประสงคเนองจากมนจะทำใหประสทธภาพของโรงไฟฟาลดลง นอกจากนการเปลยนแปลงของอณหภมไอนำในชวงกวางยงจะทำใหการออกแบบเชงกลของอปกรณตาง ๆ ในระบบซบซอนขนเนองจากการขยายตวตาม อณหภม ของชนสวน อปกรณจะ เกด ขนในชวงกวาง เชนกน ดงนนอณหภมไอนำจงควรถกควบคมใหมคาไมมากกวาและไมตำกวาอณหภมทเหมาะสมทสดเกน 5ÆC

การควบคมอณหภมไอนำอาจแบงเปน 4 วธไดแก การใชเครองทำไอนำยวดยงแบบรบรงสความรอนและพาความรอน การลดเอนทลปของไอนำ (attemperation) การเลอกปดหวเผาหรอการเอยงระดบหวเผาขนลง และการไหลวนของกาซเสย (gas recir-culation)

1. การใชเครองทำไอนำยวดยงแบบรบรงสความรอนและพาความรอนสามารถควบ-คมอณหภมไอนำเพราะคณสมบตทตางกนของเครองทำไอนำยวดยงแบบรบรงสความรอนและเครองทำไอนำยวดยงแบบพาความรอน กลาวคอเครองทำไอนำยวดยงแบบแรกจะใหไอนำอณหภมทตำลงถาอตราการผลตไอนำเพมขนอนเปนผลมาจากการทอณหภมในเตาเผาไมเปลยนแปลงมากนกเมอมการเผาไหมเชอเพลง


เพมขน ในขณะทปรมาณไอนำเพมขน ในทางตรงขามเครองทำไอนำยวดยงแบบหลงจะใหไอนำอณหภมทสงขนตามอตราการผลตไอนำเพมขนเพราะอตราการไหลทเพมขนของกาซเสยจะทำใหการแลกเปลยนความรอนจากกาซเสยสไอนำเพมขนตามไปดวย ดงนนการใชคอเครองทำไอนำยวดยงทงสองแบบรวมกนจะชวยทำใหอณหภมของไอนำทผลตไดไมเปลยนแปลงมากนกตามอตราการผลตไอนำดงแสดงในรปท 6.9 อยางไรกตามโรงไฟฟาสวนใหญมกมเครองทำไอนำยวดยงแบบพาความรอนมากกวาแบบรบรงสความรอน ดงนนจงยงคงมการเพมขนของอณหภมไอนำเมออตราการผลตไอนำเพมและตองอาศยการควบคมวธอนมาเสรม

รปท 6.9: ผลของการควบคมอณหภมไอนำโดยใชเครองทำไอนำยวดยงแบบรบรงสความรอนและพาความรอน

2. การใชแอตเทมเพอเรเทอร (attemperator) ลดเอนทลปของไอนำโดยการพนละ-อองนำปนเขาไปในไอนำตามรปท 6.10 ละอองนำจะระเหยเปนไอพรอมกบดดกลนความรอนจากไอนำอนจะทำใหอณหภมไอนำลดลงได ถาทราบอตราการไหลของไอนำ เอนทลปของละอองนำสเปรย เอนทลปของไอนำทไหลเขาและเอนทลปของไอนำทไหลออก อตราการไหลของนำ ( _mw) ทตองการสามารถคำนวณไดจาก _mshs1 + _mwhw = ( _ms + _mw)hs2

6.7 การควบคมอณหภมไอนำ 135

การควบคมอณหภมไอนำวธนใหผลตอบสนองทรวดเรวแตมขอควรระวงคอ ละ-อองนำจะตองมความบรสทธสง คอมสารแปลกปลอมเจอปนนอยทสด ไมเชนนนแลวมนจะทำใหเกดคราบตะกรนทผวทอเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำได

รปท 6.10: แอตเทมเพอเรเทอร

3. การเลอกปดหวเผาหรอการเอยงระดบหวเผาขนลงควบคมอณหภมไอนำโดยการเปลยนแปลงการดดกลนความรอนในเตาเผาและสงผลใหอณหภมไอนำเปลยนแปลงตามได สมดลพลงงานความรอนในรปท 6.11 แสดงใหเหนวาพลงงานจากการเผาไหมในเตาเผา (Q) เทากบผลรวมของพลงงานทดดกลนโดยเครองระเหย(Qa) พลงงานของกาซเสยทออกจากเตาเผา (Qg) และพลงงานจากการแผรงสความรอนจากเตาเผาไปยงเครองทำไอนำยวดยง (Qr) เตาเผาของโรงไฟฟาบางแหงมหวเผาหลายหวทสามารถเลอกเปดปดไดและอาจปรบระดบของหวเผาไดการลดสดสวนความรอนทถกดดกลนโดยเครองระเหยอาจกระทำไดโดยการปดหวเผาในสวนลางของเตาเผาหรอปรบระดบของหวเผาใหเอยงขน การกระทำเชน-นจะทำใหกาซเสยทเขาเครองทำไอนำยวดยงกจะมอณหภมสงขนและไอนำทไดจากเครองทำไอนำยวดยงมอณหภมสงขน ในทางกลบกนถาปดหวเผาในสวนบนของเตาเผาหรอเอยงหวเผาลงจะทำใหสดสวนของความรอนทถกดดกลนโดยเครองระเหยเพมขนและจะทำใหกาซเสยทออกจากเตาเผามอณหภมตำซงสงผลใหเครองทำไอนำยวดยงผลตไอนำทมอณหภมตำตามไปดวย การควบคมอณหภมไอนำโดยการเลอกเปดปดหวเผาและการปรบหวเผาเปนการควบคมทไมซบซอนใหผลตอบสนองทแมนยำและรวดเรว และการควบคมสามารถกระทำไดในชวงอตราการผลตไอนำทกวาง

4. การไหลวนของกาซเสยคอ การทำใหกาซเสยทออกจากเครองกำเนดไอนำไปแลวไหลยอนกลบเตาเผาอกครง การไหลวนของกาซเสยสามารถใชลดการดดกลนพลงงานโดยเครองระเหยและเพมพลงงานความรอนในกาซเสย กระบวนการถายเทความรอนหลกจากเตาเผา ส เครองระเหยคอ การแผรงสความรอน ดงนน


รปท 6.11: สมดลพลงงานทเตาเผา

อณหภมในเตาเผาจงเปนปจจยทสำคญมาก การไหลวนของกาซเสยทำใหอณห-ภมในเตาเผาลดลง การดดกลนความรอนโดยเครองระเหยกจะลดลงตามไปดวยผลทตามมาคอ กาซเสยทออกจากเตาเผากจะมพลงงานความรอนเพมขนและทำใหไดไอนำทมอณหภมเพมขน

เนองจากการใชแอตเทมเพอเรเทอรและการไหลวนของกาซเสยเปนการควบคมอณหภมไอนำสองวธ ทใหผลตางกน ทงสองวธจงอาจถกใชรวมกนเพอทำใหไอนำมอณหภมคงทกลาวคอถาอตราการผลตไอนำเพมขนกใหใชวธพนสเปรยนำลดอณหภมไอนำ แตถาอตราการผลตไอนำลดลงกใหใชวธนำกาซเสยไหลยอนกลบเตาเผา รปท6.12 แสดงใหเหนวาการกระทำเชนนจะทำใหอณหภมไอนำไมเปลยนแปลงตามอตราการผลตไอนำ

6.8 เครองประหยดเชอเพลง

กาซเสยทออกจากเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำมอณหภมสงการปลอยกาซเสยออกสสงแวดลอมทนทจงเปนการสญเสยพลงงานในกาซเสยไปโดยเปลาประโยชน จากการพจารณาวฏจกรแรงคน จะพบวานำปอนเขาหมอไอนำควรมอณ-หภมสงเพอลดความตองการเชอเพลงในการทำใหนำปอนกลายเปนไอ ดงนนความรอนในกาซเสยจงควรถกถายเทสนำปอน อนจะสงผลใหประสทธภาพโดยรวมของโรงไฟฟาเพมขน นอกจากนการทนำปอนมอณหภมสงยงชวยลดความเคนเชงความรอน (ther-mal stress) ในถงพกไอนำดวยโดยการลดความแตกตางอณหภมผวของถงพกไอนำ

อปกรณสำหรบแลกเปลยนความรอนระหวางกาซเสยกบนำปอนมชอวา เครองประหยดเชอเพลงซงประกอบดวยกลมทอจำนวนมากวางขนานกน ตำแหนงของเครองประหยดเชอเพลงอยถดจากเครองใหความรอนซำ นำปอนจะไหลในทอของเครองให

6.8 เครองประหยดเชอเพลง 137

รปท 6.12: การควบคมอณหภมไอนำโดยการใชแอตเทมเพอเรเทอรและการไหลวนของกาซเสย

ความรอนซำและออกไปยงถงพกไอนำ สวนกาซเสยจะไหลนอกทอ เครองประหยดเชอเพลงไมไดออกแบบใหผลตไอนำ ดงนนนำปอนทออกจากเครองประหยดเชอเพลงควรมอณหภมตำกวาจดเดอดประมาณ 30ÆC เพอไมใหมการเปลยนสถานะของนำ การทของเหลวไหลในทอของเครองประหยดเชอเพลงทำใหอณหภมของทอใกลเคยงกบอณ-หภมของนำปอนเพราะสมประสทธการถายเทความรอนของนำภายในทอสงกวาของกาซเสยภายนอกทอมาก ดงนนจงไมมปญหาเรองอณหภมทอสงเกนไปในเครองประ-หยดเชอเพลงเหมอนในเครองทำไอนำยวดยงและเครองใหความรอนซำ ทศทางการไหลของนำและกาซเสยในเครองประหยดเชอเพลงจงเปนแบบสวนทางกนเพอใหประสทธผลของการแลกเปลยนความรอนระหวางกาซเสยกบนำปอนสงทสด

ปญหาทอาจเกดขนกบเครองประหยดเชอเพลงคอ การกดกรอนโดยอนภาคในกาซเสย ดงนนความเรวของกาซเสยจงถกจำกดอยท 10-12 m/s ถาปรมาณเถาในเชอเพลงมนอย แตถาเชอเพลงมสดสวนของเถามากความเรวของกาซเสยอาจตองตำกวาน ปญหาตอคอ การควบแนนของไอนำบนผวทอซงมอาจมอณหภมตำกวาจดนำคางปญหานมกเกดขนในชวงเรมเดนเครองซงทอยงมอณหภมตำอย การแกปญหาอาจทำไดโดยการปลอยใหกาซเสยไหลผานทอในขณะทยงไมมนำไหลเขาเพอเพมอณหภมของทอใหสงกวาจดนำคาง ปญหาสดทายทเกดขนคอ การสะสมของขเถาบนผวทอของเครองประหยดเชอเพลง เพอแกปญหานกลมทอจะตองมระยะหางระหวางทอทมากพอทจะใหเครองเปาฝนทำงานโดยสะดวก นอกจากนทอทใชควรเปนทอเรยบ อยางไรกตามถา


เชอเพลงเปนกาซธรรมชาตหรอเชอเพลงสะอาดอน ๆ กสามารถใชทอตดครบเพอเพมประสทธผลของการแลกเปลยนความรอนและลดขนาดของเครองประหยดเชอเพลงได

6.9 เครองอนอากาศ

จากการทอณหภมกาซเสยทไหลออกจากเครองประหยดเชอเพลงยงคงสงอย กาซเสยจงสามารถนำไปแลกเปลยนความรอนกบอากาศทจะเขาเตาเผาโดยใชเครองอนอา-กาศเพอเพมอณหภมอากาศ อากาศทรอนขนจะทำใหประสทธภาพของเครองกำเนดไอนำเพมขนและความตองการเชอเพลงลดลง อาจกลาวโดยประมาณไดวาอณหภมของอา-กาศทเพมขน 110ÆC ชวยประหยดเชอเพลงได 4% และอณหภมของอากาศทเพมขน280ÆC ชวยประหยดเชอเพลงไดมากกวา 11% นอกจากนอากาศรอนอณหภม 150-420ÆC ยงเปนสงทจำเปนสำหรบลดความชนในผงถานหนแหงในระบบทใชหวเผาและเครองบดละเอยด เครองอนอากาศมกถกออกแบบใหเพมอณหภมของอากาศเปน 280-400ÆC โดยทกาซเสยจะมอณหภมลดลงเหลอ 135-180ÆC ซงเปนอณหภมทสงกวาจดนำคางของกาซเสยเพอหลกเลยงการควบแนนของไอนำในกาซเสยททำใหเกดกรดซลฟรก

เครองอนอากาศแบงออกเปนสองแบบตามลกษณะการทำงานคอ รคปเพอเร-เตอร (recuperator) และรเจนเนอเรเตอร (regenerator) รคปเพอเรเตอรเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบไหลตดกนซงประกอบดวยทอจำนวนมากโดยทออาจอยในแนวตงหรอแนวนอนดงแสดงในรปท 6.13 เปนทนาสงเกตวากาซเสยไหลในแนวตงในขณะทอากาศไหลในแนวนอนโดนกาซเสยไหลในทอในรปท 6.13(ก) แตไหลตดกบทอในรปท 6.13(ข) เหตผลทกาซเสยไหลในแนวตงคอ กาซเสยมขเถาและฝนปนอยขเถาและฝนจะไปสะสมบนทอ แตการสะสมจะถกจำกดโดยการไหลของกาซเสยและแรงโนมถวงของโลก ขเถาและฝนบางสวนจงตกลงสถงเกบ (hopper) สมประสทธการถายเทความรอนรวมของรคปเพอเรเตอรมคาอยระหวาง 30-60 W/m2.ÆC ซงนบวาตำเนองจากของไหลในระบบมสถานะเปนกาซทงค ดงนนทอจงควรมขนาดเลกและมจำ-นวนมากเพอเพมพนทถายเทความรอน ทออาจตดครบในกรณทเชอเพลงทใชเผาไหมเปนเชอเพลงสะอาด โดยทวไปขนาดเสนผาศนยกลางนอกของทออยประมาณ 50-65mm

เครองอนอากาศแบบรเจนเนอเรเตอรมลกษณะเปนวงลอทบรรจวสดพรนซงมคาความจความรอนทสงเรยกวาเมทรกซ (matrix) กาซเสยและอากาศไหลสวนทางกนและคนละซกของวงลอ เมทรกซจะดดกลนความรอนบางสวนจากกาซเสยเมอกาซเสยไหลผานและสะสมความรอนนไว เมทรกซจะคายความรอนนใหอากาศทไหลผานและทำให

6.9 เครองอนอากาศ 139

รปท 6.13: เครองอนอากาศประเภทรคปเพอเรเตอรทม (ก) ทอในแนวตง และ (ข) ทอในแนวนอน

อากาศม อณหภม สง ขน เมทรกซเปนสวนประกอบทสำคญมากของร เจนเนอเรเตอรรเจนเนอเรเตอรจะทำงานไดกตอเมอจะตองมการไหลของกาซเสยสลบกบการไหลของอากาศทแตละซกของวงลอ กลไกการทำงานของรเจนเนอเรเตอรจงแบงเปนสองแบบกลไกแบบแรกเปนการหมนของวงลอโดยกาซเสยและอากาศมทศทางการไหลคงท กล-ไกแบบทสองเปนการเปลยนตำแหนงการไหลของกาซเสยและอากาศโดยวงลออยนง รปท 6.14 แสดงใหเหนการทำงานของรเจนเนอเรเตอรแบบจงสทรม (Ljungstrom re-generator) ซงทำงานดวยกลไกแบบแรกและรเจนเนอเรเตอรแบบโรเทอมลเลอ (Rothe-muhle regenerator) ซงทำงานดวยกลไกแบบทสอง

รเจนเนอเรเตอรมขอไดเปรยบหลายประการเมอเทยบกบรคปเพอเรเตอร รเจน-เนอเรเตอรมพนทแลกเปลยนความรอนมากกวารคปเพอเรเตอร ดงนนรเจนเนอเรเตอรจงมขนาดเลกกวารคปเพอเรเตอรทมสมรรถนะเทากน รเจนเนอเรเตอรมประสทธผล(effectiveness) สงกวารคปเพอเรเตอร กลาวคอรเจนเนอเรเตอรสามารถอนอากาศใหมอณหภมสงกวารคปเพอเรเตอร สวนทตองทนอณหภมสงของรเจนเนอเรเตอรคอ เม-ทรกซซงอาจทำดวยวสดททนความรอนไดสงเชน เซรามก นอกจากนรเจนเนอเรเตอรยงมคณสมบตในการทำความสะอาดตวเอง (self-cleaning) เนองจากการไหลสลบกนของกาซเสยและอากาศทวเมทรกซ อยางไรกตามสามารถทนอณหภมสงกวารคปเพอเรเตอรเพราะททออกจากเปลยนความรอนสามารถถกออกแบบใหมปรมาณมาโดยการใชวสดทมรพรนและความหนาแนนสง อยางไรกตามรเจนเนอเรเตอรมขอเสยคอ วสดพรนในเมทรกซทำใหเกดความดนสญเสยของกาซเสยและอากาศทไหลผาน รเจนเนอเรเตอร


รปท 6.14: รเจนเนอเรเตอร (ก) แบบจงสทรมและ (ข) แบบโรเทอมลเลอ เสนทบแสดงสวนทหมนรอบแกนแนวตง

จงตองการพดลมทมกำลงงานสง การไหลสลบกนของกาซรอนและอากาศเยนทำใหเกดความเคนเชงความรอนในเมทรกซและอาจลดอายการใชงานของเมทรกซ นอกจากนปญหาทสำคญของรเจนเนอเรเตอรคอ การรวไหลมาผสมกนของกาซเสยและอากาศ โรงไฟฟาทมขนาดมากกวา 120 MW นยมตดตงรเจนเนอเรเตอร โดยรเจนเนอเรเตอรอาจมความยาวเสนผาศนยกลางถง 10 m และมความเรวรอบของวงลออยระหวาง 0.5-3 rpm

6.10 เครองเปาฝน

กาซเสยมกมจงมฝนปะปนอยเสมอ ทมาของฝนคอ เถาซงเปนสวนประกอบเชอเพลงทไมเผาไหมและจะกลายเปนเถาลอยทปนไปกบกาซเสยถาเถามอณหภมหลอมเหลวสง นอกจากนยงมเชอเพลงบางสวนทเผาไหมไมสมบรณและกลายเปนเขมาปะปนไปกบกาซเสยเชนกน การไหลของกาซเสยในเครองกำเนดไอนำเปนการไหลผานสงกด-ขวางซงกคออปกรณแลกเปลยนความรอนตาง ๆ แมวากาซสามารถไหลผานสงกดขวางไดแตฝนมกถกดกไวไมใหไหลผานไปได ผลทตามมาคอ การสะสมของฝนบนผวทอของอปกรณแลกเปลยนความรอน ฝนมคาการนำความรอนตำและจะลดคาสมประสมประ-สทธการถายเทความรอนรวมของอปกรณแลกเปลยนความรอน สมรรถนะของอปกรณแลกเปลยนความรอนจงลดลงตามการสะสมของฝนทเพมขน ถาไมมการกำจดฝนออก

6.10 เครองเปาฝน 141

ไป อณหภม ของ กาซ เสย ท ไหล ออก จาก เครอง กำเนด ไอนำ จะ เพม ขน ใน ขณะทอณหภมของไอนำจะจะลดลงซงจะทำใหประสทธภาพของเครองกำเนดไอนำลดลงเชน-กน

ถาโรงไฟฟามกำหนดปดซอมบำรงทกปหรอสองปฝนอาจถกกำจดโดยการชะลางฝนออกจากผวทอหลงจากเครองกำเนดไอนำหยดการทำงาน แตวธนเหมาะสมถากาซเสยมฝนนอยซงหมายความวาเชอเพลงมสดสวนของเถาตำและมการเผาไหมไมสมบรณเกดขนนอย แตถาเชอเพลงเปนเชอเพลงแขงการสะสมของฝนบนผวทอจะมปรมาณมากเกนกวาทจะรอทำความสะอาดทกปหรอสองปได การกำจดฝนควรกระทำบอยครงขนแตโรงไฟฟาไมสามารถหยดการทำงานบอย ๆ ได ดงนนการกำจดฝนจงตองกระทำขณะทเครองกำเนดไอนำกำลงทำงานอยโดยใชอปกรณทเรยกวาเครองเปาฝน (soot blow-er) หลกการทำงานของเครองเปาฝนคอ ใชการพนไอนำหรออากาศสลายขเถาทสะสมบนผวทอ ไอนำและอากาศตางกมขอดและขอเสย ไอนำในโรงไฟฟามปรมาณไมจำกดและมความดนสงอยแลวจงไมตองมอปกรณเพมความดน เครองเปาฝนทใชไอนำจงมคาใชจายในการเดนเครองตำ ขอเสยของเครองเปาฝนทใชไอนำคอ ตองมระบบกำจดนำควบแนนทเกดขนจากไอนำซงจะเพมคาบำรงรกษา นอกจากนเครองเปาฝนอาจไมสามารถทำงานไดอยางมประสทธผลในชวงทโรงไฟฟาเรมเดนเครองเพราะปรมาณไอนำยงไมมากพอ เครองเปาฝนทใชอากาศสามารถทำงานไดตลอดเวลาและมคาบำรงรกษาตำ แตจะมคาใชจายในการเดนเครองคอนขางสงเพราะตองมเครองอดอากาศเพอเพมความดนใหอากาศสำหรบเปาฝน เครองเปาฝนอาจแบงเปน เครองเปาฝนแบบหลายหวฉด (multi-nozzle soot blower) และเครองเปาฝนแบบยดหดได (retractable sootblower)

เครอง เปา ฝนแบบหลายหวฉดประกอบดวยทอขนาดเสนผาศนยกลาง 50-64mm ทเจาะรใหไอนำหรออากาศทมความดนสงพนออกมาไดโดยมรศมทำงานของเครองประมาณ 2 m ตำแหนงของรจะอยระหวางแถวของทออปกรณแลกเปลยนความรอนเครองเปาฝนแบบนหมนไดเพอใหสามารถพนไอนำหรออากาศหลายทศทาง เครองเปาฝนแบบหลายหวฉดอาจมหลายทอวางขนานกนโดยทอสวนหนงพนไอนำหรออากาศขนบนและทออกสวนหนงพนไอนำหรออากาศลงลางและแตละทอหมนได 180Æ ซงจะทำใหสามารถกำจดฝนไดอยางทวถง รปท 6.15 แสดงเครองเปาฝนแบบน ขอจำกดของเครองเปาฝนแบบหลายหวฉดคอ การทำงานในสภาวะทมอณหภมสงตลอดเวลา อณห-ภมจงไมควรเกน 1000ÆC การใชงานจงจำกดอยทเครองประหยดเชอเพลงและเครองอนอากาศ

เครองเปาฝนแบบยดหดไดประกอบดวยทอทฝงอยในผนงของเครองกำเนดไอนำเมอไมไดใชงานและจะยนออกมาเมอมความตองการกำจดฝน ดานปลายของเครองมหวฉดสำหรบพนไอนำหรออากาศทมความดนสง หวฉดอาจมสองหวฉดเพอลดแรงปฏกร-


รปท 6.15: เครองเปาฝนแบบหลายหวฉด

ยาขณะพนไอนำหรออากาศซงอาจทำใหทอโคงงอ ทอสามารถหมนไดรอบทศ รปท 6.16แสดงใหเหนวา การพนไอนำหรออากาศขณะหมนและยนออกทำใหไอนำหรออากาศเคลอนทเปนรปเกลยวและทำใหสามารถทำความสะอาดทออปกรณแลกเปลยนความ-รอนอยางทวถง การเคลอนทของหวฉดอาจทำใหหวฉดพนไอนำหรออากาศไปททออป-กรณแลกเปลยนความรอนโดยตรงไดซงอาจนำไปสการสกกรอนของทอ ดงนนเครองเปาฝนจงควรอยหางจากทออยางนอย 50 cm เครองเปาฝนแบบนทำงานไดในสภาวะทมอณหภมสงเนองจากเครองทำงานในชวงเวลาสน ๆ และจะถกเกบเมอไมใชงาน อยาง-ไรกตามเครองเปาฝนแบบนตองการพนทเกบเมอฝงตวในผนง

รปท 6.16: เครองเปาฝนแบบยดหดได

6.11 การไหลเวยนของอากาศและกาซเสย 143

6.11 การไหลเวยนของอากาศและกาซเสย

เครองกำเนดไอนำตองการอากาศปรมาณมหาศาลใหไหลเขาและกาซเสยในปร-มาณทมากกวาใหไหลออกโดยผานอปกรณแลกเปลยนความรอน การไหลของอากาศและกาซเสยจะเกดขนไดกตอเมอมผลตางระหวางความดนของระบบกบความดนของสงแวดลอม ซงผลตางทวานเรยกวาดราฟต (draft) ดราฟตทเกดขนในโรงไฟฟาแบงออกตาม 2 วธสำหรบทำใหเกดดราฟตไดแก ดราฟตธรรมชาต (natural draft) และดราฟตเชงกล (mechanical draft)

6.11.1 ดราฟตธรรมชาต

เนองจากกาซเสยม อณหภม สงกวาอากาศของสงแวดลอมมนจงเบากวาและจะลอยขนเองตามธรรมชาตหรอกลาวอกนยหนงกคอความหนาแนนทตางกนของกาซเสยกบอากาศทำใหเกดดราฟต โครงสรางของโรงไฟฟามกประกอบไปดวยปลอง (stack) ในรปท 6.17 เพอสงเสรมการเกดดราฟต ถาความสงของปลองเทากบ H ดราฟตทเกดขน (�p) มคาแปรผนตาม H และความหนาแนนของกาซเสยในปลอง ถาสมมตวากาซเสยเปนกาซในอดมคต ดราฟตธรรมชาตจะแปรผนตามอณหภมกาซเสย แตถากาซเสยมอณหภมสงกหมายความวาประสทธภาพของโรงไฟฟาตำเพราะมการสญเสยพลงงานไปมากผานทางความรอนในกาซเสย ดงนนจงตองกำหนดอณหภมทเหมาะสมทสดของกาซเสยโดยคำนงถงปจจยตาง ๆ ควบคกน นอกจากทำหนาทเพมดราฟตแลว ปลองยงทำหนาทแพรกระจายกาซเสยสสงแวดลอมทความสงอนเหมาะสมทไมสงผลเสยตอชมชนใกลโรงไฟฟา

ระบบทใชดราฟตธรรมชาตมไดเปรยบทคาบำรงรกษาระบบตำ ไมมความตองการพลงงานขบเคลอนอปกรณ ความงายในการออกแบบ อายการใชงานยาว และความสา-มารถแพรกระจายกาซเสยในทสง ๆ แตดราฟตธรรมชาตกมขอเสยตรงทมนจะเปลยนแปลงไปตามสภาวะของสงแวดลอม และทสำคญทสดมนใหดราฟต ทนอยกวาความตองการของโรงไฟฟาขนาดใหญ

6.11.2 ดราฟตเชงกล

ถามการใชอปกรณจำพวกพดลมมาชวยใหเกดการไหลเวยนของอากาศและกาซเสย ดราฟตทเกดขนเรยกวาดราฟตเชงกล ดราฟตเชงกลจงไมขนอยกบสงแวดลอม และไมมความจำเปนตองมปลองสงเหมอนกบระบบทใชดราฟตธรรมชาต ระบบทใชดราฟตเชงกลยงขอดอน ๆ เชน ควบคมไดงายกวา และไมตองปลอยกาซเสยอณหภมสงออก


รปท 6.17: ระบบดราฟตธรรมชาต

จากระบบเพอเพมดราฟต แตกมคาใชจายสงในการดแลรกษาและปฏบตการ อยางไรก-ตามโรงไฟฟาขนาดใหญตองใชระบบนเพราะดราฟตธรรมชาตไมเพยงพอทจะเอาชนะการสญเสยความดนปรมาณมากทมสาเหตมาจากอปกรณหลายชนดและโครงสรางอนซบ-ซอนของโรงไฟฟา

ดราฟตเชงกลแบงออกเปนดราฟตจากการเปา (forced draft) และดราฟตจากการดด (induced draft) ในแบบแรกพดลมจะทำหนาทเปาอากาศสเตาเผา จงทำใหเตาเผามความดนสงกวาสงแวดลอม ในกรณทตองการทำใหเกดดราฟตปรมาณ �p กำลงงานทใหกบพดลม (PFD) สามารถคำนวณไดจากสตรตอไปนPFD = _mf :AFRA:va:�p�FD (6.5)

โดยท va คอปรมาตรจำเพาะของอากาศและ �FD คอประสทธภาพของพดลมเปาอากาศขอดของดราฟตจากการเปาคอพดลมทมขนาดเลกและไมตองหลอเยน เนองจากมนใชเปาอากาศ ทม อณหภมและปรมาตรจำเพาะตำ นอกจากนการ ท เตาเผามความดนสงหมายความวาไมมอากาศรวไหลเขาสเตาเผาได ซงอากาศทรวไหลเขาจะทำใหประสทธ-ภาพของเครองกำเนดไอนำลดลง แตในทางกลบกนการทเตาเผามความดนสงกเปนขอเสยของดราฟตจากการเปาเพราะเปลวไฟอาจรวออกนอกเตาเผาไดซงจะเปนอนตรายตอผควบคมเครองกำเนดไอนำ

ดราฟตจากการดดเกดในกรณ ทพดลมถกตดตงระหวางเครองกำเนดไอนำและปลอง โดยพดลมจะทำหนาทดดกาซเสยออกจากเครองกำเนดไอนำเขาสปลอง จงทำใหเครองกำเนดไอนำโดยรวมมความดนตำกวาสงแวดลอม กำลงงานทใหกบพดลม (PID)


เพอผลตดราฟต �p คอ PID = _mf (1 + AFRA)vg:�p�IDโดยท vg คอปรมาตรจำเพาะของกาซเสยและ �ID คอประสทธภาพของพดลมดดอากาศพดลมทใชผลตดราฟตจากการดดตองทำงานทอณหภมสง กำลงงานทตองใหพดลมจงมากกวาในกรณของดราฟตจากการเปา นอกจากนพดลมยงตองผจญขเถาในกาซเสยอายการใชงานของมนจงสนกวาพดลมเปาอากาศ แตพดลมดดอากาศมความปลอดภยเพราะจะไมมการรวไหลของกาซเสยและเปลวไฟออกนอกเตาเผา

เนองจากดราฟตทงสองชนดมทงขอดและขอเสย โรงไฟฟาจงมกใชทงสองชนดรวมกน กลาวคอพดลมจะถกตดตงททางเขาและทางออกของเครองกำเนดไอนำ อนจะทำใหภายในเตาเผามความดนตำกวาสงแวดลอมเพยงเลกนอย ดราฟตทไดจงเรยกวาดราฟตสมดล (balanced draft)

6.11.3 พดลม

พดลมทำหนาทเพมความดนสถตหรอความเรวใหอากาศหรอกาซ ดงนนพดลมจงเปนอปกรณทมความสำคญมากในระบบถายเทอากาศและกาซเสย เนองจากพดลมตองตดตงทตำแหนงตาง ๆ กนการเลอกใชพดลมจงตองคำนงถงความเหมาะสมตอการใชงาน พดลมทใชในโรงไฟฟามสองแบบคอ แบบไหลตามแนวแกน (axial type) และแบบแรงเหวยง (centrifugal type) พดลมแบบแรกทำงานโดยหลกการเดยวกบพดลมตงโตะ อากาศจะไหลเขาและออกจากพดลมตามแนวแกน พดลมแบบไหลตามแนวแกนจงหวะเดยว (single-stage axial fan) ใชสำหรบเปาอากาศ สวนพดลมตามแนวแกนสองจงหวะ (two-stage axial fan) ใชสำหรบดดกาซเสย พดลมแบบไหลตามแนวแกนมประสทธภาพสงทชวงอตราการไหลของอากาศทกวาง ดงนนจงไมตองควบคมการทำงานของพดลมอยางใกลชด อยางไรกตามพดลมแบบนมราคาแพงและตองไดรบการดแลรก-ษาอยางด จงเหมาะกบการใชงานในภาวะทไมมฝนละอองหรอขเถา ซงกคอการเปาอา-กาศ ถาจะใชพดลมในการดดกาซเสย ตองมนใจวาอนภาคในกาซเสยถกกำจดไปเกอบหมดโดยระบบกำจดฝน ไมเชนนนแลวพดลมจะเสยหายไดเนองจากมนไมสามารถทนตอฝนในกาซเสยไดด

หลกการทำงานของพดลมแบบแรงเหวยงคอ อากาศทมความดนตำหรอความเรวตำจะไหลเขากลางพดลมและมความดนหรอความเรวเพมจากแรงเหวยงของการหมนของพดลมซงทำใหอากาศทออกมความดนสงหรอความเรวสง พดลมแบบแรงเหวยงประ-


กอบดวยใบพดทตอกบแกนหมน การทำงานของพดลมขนอยกบลกษณะของใบพด ซงแบงเปน ใบโคงเอยงหนา (forward-curved) ซงการโคงเอยงของใบพดมทศทางเดยวกบทศทางการหมนของพดลม ใบตรง (flat) และใบโคงเอยงหลง (backward-curved) ซงการโคงเอยงของใบพดมทศทางสวนกบทศทางการหมนของพดลม รปท 6.18 แสดงลกษณะของใบพดทงสามแบบ ถาความเรวของอากาศหรอกาซเสยทออกจากปลายใบพดเทากนทงสามกรณ ความเรวของใบพดโคงไปขางหนาจะมคานอยทสด และความเรวของใบพดโคงไปขางหลงจะมคามากทสด ตารางท 6.1 เปรยบเทยบใบพดทงสามแบบ จะเหนวาพดลมแบบใบโคงเอยงหลงเหมาะสำหรบกวาพดลมแบบอน ขอเสยทสำคญของพดลมแบบนคอ ความทนทานตอฝนตำเมอใชพดลมแบบนดดอากาศ ซงขอเสยเปรยบนสามารถแกไขไดถามระบบกำจดฝนทมประสทธผลกอนกาเสยไหลเขาพดลม อยางไรก-ตาม ในกรณทมฝนปรมาณมากในกาซเสย อาจจำเปนตองใชพดลมแบบใบตรงซงมโครงสรางแขงแรงและสามารถสรางใหมความทนทานตอฝนทสงมากได ถงแมวาประ-สทธภาพของพดลมแบบนจะตำกวาพดลมแบบใบโคงเอยงหลง พดลมแบบใบโคงเอยงหนามขอเสยหลายประการ จงไมเหมาะกบการใชงานในโรงไฟฟา พดลมแบบนนยมใชในระบบปรบอากาศโดยทำหนาทเปนพดลมระบายอากาศขนาดเลก

รปท 6.18: พดลมชนดแรงเหวยงแบบใบโคงเอยงหนา, ใบตรง และใบโคงเอยงหลง

พารามเตอรทกำหนดสมรรถนะของพดลมคอ อตราการไหล ความดนสถตและกำลงงาน ความดนสถตหมายถงความดนสถตทพดลมเพมใหอากาศทไหลผาน มเสนโคงทแสดงความสมพนธระหวางความดนสถตกบอตราการไหลสองเสน เสนโคงแรกคอเสนโคงลกษณะเฉพาะ (characteristic curve) ซงไดจากการทดสอบพดลม เสนโคงนจงเปนลกษณะเฉพาะของพดลมแตละเครอง เสนโคงทสองคอ เสนโคงความตานทานของระบบ (system resistance curve) ซงแสดงวาอากาศตองไดรบความดนสถตมากขนเมอมอตราการไหลเพมขนเนองจากระบบมความตานทานการไหลเพมขน เมอนำพดพดลม


ตารางท 6.1: เปรยบเทยบสมรรถนะของใบพดสามแบบของพดลมแรงเหวยง

ใบโคงเอยงหนา ใบโคงเอยงหลง ใบตรงขนาดของพดลม เลก ปานกลาง ปานกลางประสทธภาพ 78-83% 84-91% 70-72%เสถยรภาพ ไมด ด ดความเรวพดลม ตำ สง ปานกลางความทนตอฝน ปานกลาง ตำ สง

ไปทำงานในระบบจดทำงานของพดลมจะเปนจดตดของเสนโคงทงสองเสนดงแสดงในรปท 6.19 พดลมมกไดรบการออกแบบใหมประสทธภาพสงสดทจดทำงาน อยางไรกตามเปนเรองยากทจะเลอกจดทำงานไดอยางแมนยำในขนตอนการเลอกพดลม ในทางปฏบตพดลมทเลอกใชมกมสมรรถนะสงกวาความตองการใชงานจรง กลาวคอพดลมทเลอกใชจะมประสทธภาพสงสดทอตราการไหลสงกวาอตราการไหลทตองการ เหตผลททำเชนนคอ

• ความตานทานของระบบอาจมากกวาทออกแบบไวเนองจากการสะสมของฝนและสแลกบนพนผวของอปกรณตาง ๆ ในเครองกำเนดไอนำ

• ระบบการไหลของอากาศและกาซเสยอาจมการรว ซงทำใหตองเลอกพดลมทใหอตราการไหลสงเพอชดเชยการรว

• ระบบอาจตองการอากาศสวนเกนมากกวาทคาดวาจะตองการ

การควบคมอตราการไหลสามารถกระทำไดโดยวธควบคมแบบปรบมมของใบพดนำ (inlet vane control) ใบพดนำเปนใบพดนงทตดตงกอนใบพดหมน รปท 6.20แสดงผลของการควบคมพดลมดวยวธน การปรบมมของใบพดนำทำใหเสนโคงความดนสถตของพดลมเปลยนจากเสน sp1 เปนเสน sp2 และจากเสน sp2 เปนเสน sp3 นอก-จากนเสนโคงกำลงงานกเปลยนจากเสน p1 เปนเสน p2 และจากเสน p2 เปนเสน p3อยางไรกตามเสนโคงความตานทานของระบบไมเปลยน ดงนนการควบคมพดลมดวยวธนจงทำใหจดทำงานของพดลมเปลยนจากจด a เปนจด b และจากจด b เปนจด c เปนทนาสงเกตวาการลดลงของอตราการไหลทำใหกำลงงานของพดลมลงจากจด a0 บนเสนp1 เปนจด b0 บนเสน p2 และจากจด b0 บนเสน p2 เปนจด c0 บนเสน p3

อกวธหนงทใชควบคมการทำงานของพดลมไดคอวธควบคมแบบปรบความเรว(variable-speed control) เสนโคง sp1 และ p1 เปนเสนโคงของพดลมความเรวสง


รปท 6.19: จดทำงานของพดลม

รปท 6.20: วธควบคมพดลมแบบปรบมมของใบพดนำ

เสนโคง sp2 และ p2 เปนเสนโคงของพดลมความเรวปานกลาง เสนโคง sp3 และ p3เปนเสนโคงของพดลมความเรวตำ จะเหนวา การลดความเรวพดลมทำใหอตราการไหลและกำลงงานของพดลมลดลงตามไปดวย เมอเปรยบวธควบคมแบบหลายความเรวกบวธควบคมแบบปรบมมของใบพดนำจะพบวาวธควบคมแบบหลายความเรวทำใหกำลงงานของพดลมลดลงมากกวาวธควบคมแบบปรบมมของใบพดนำ


รปท 6.21: วธควบคมพดลมแบบปรบความเรว


1. ทำไมอตราการผลตไอนำทลดลงจงสงผลใหตองใชอากาศสวนเกนมากขน

2. ทำไมหมอไอนำแบบทอไฟจงมขนาดเลกเมอเทยบกบหมอไอนำแบบทอนำ

3. ผนงนำหมายถงอะไร

4. ทำไมทอนำขนจงมขนาดเลกกวาทอนำลง

5. ถงพกไอนำทำหนาทอะไรในเครองกำเนดไอนำ

6. ละอองนำทปะปนไปกบไอนำทออกจากถงพกไอนำจะสงผลเสยตอเครองกำเนดไอนำอยางไร

7. อะไรจะเปนผลเสยทเกดขนถาไมมการถายนำออกจากถงพกไอนำ

8. ไซโคลนทำหนาทอะไรในถงพกไอนำ

9. เครองประหยดเชอเพลงทำหนาทอะไร

10. อะไรคอสาเหตสำคญนอกจากราคาทอททำใหทอของเครองทำไอนำยวดยงของโรงไฟฟาถานหนไมนยมตดครบทง ๆ ทการถายเทความรอนจะดขน

11. เครองอนอากาศมกแบบ อะไรบาง


12. การไหลวนของกาซเสยสงผลอยางไรตออณหภมไอนำทออกจากเครองทำไอนำยวดยง

13. อธบายการควบคมอณหภมไอนำโดยการเอยงระดบหวเผาขนลงมาพอสงเขป

14. ทำไมการใชเครองทำไอนำยวดยงแบบแผรงสควบคกบแบบพาความรอนจงควบ-คมอณหภมไอนำได

15. บอกขอเสยสองขอของการทอณหภมไอนำทไหลเขาเครองกงหนเปลยนแปลงในชวงกวาง ๆ

16. อธบายการใชการไหลเวยนของกาซเสยรวมกบการลดเอนทลปไอนำเพอควบคมอณหภมของไอนำ

17. อะไรคอขอเสยของระบบดราฟทเชงกลจากการเปา

18. พดลมแบบแรงเหวยงมกแบบ อะไรบาง

19. ถาเปรยบเทยบกำลงงานทตองใหกบพดลมเปาและกำลงงานทตองใหกบพดลมดดของระบบดราฟทเชงกลเดยวกน อยางไหนตองการกำลงงานมากกวา

20. ทำไมพดลมเปาอากาศจงมขนาดเลกกวาพดลมดดกาซเสย

บทท 7

เครองกงหนไอนำ

7.1 หลกการทำงาน

ไอนำทไหลเขาเครองกงหนไอนำมความดนและอณหภมสง การไหลผานเครองกงหนไอนำทำใหความดนของไอนำลดลง ซงสงผลใหเอนทลปลดลง ผลตางระหวางเอนทลปของไอนำทางเขาและทางออกของเครองกงหนไอนำมคาเทากบงานทไดจากเครองกงหนไอนำซงอยในรปของพลงงานกลจากการหมน เครองกงหนไอนำอาจแบงเปนสองประเภทหลกคอ เครองกงหนแบบไหลตามแนวรศม (radial-flow turbine) และเครองกงหนแบบไหลตามแนวแกน (axial-flow turbine) เครองกงหนไอนำทงสองประเภทประกอบดวยโรเตอรทมใบพดจำนวนมาก ความดนทสงของไอนำสงแรงกระทำตอใบพดซงทำใหโรเตอรหมนดวยความเรวสงและเกดการแปลงพลงงานของไอนำเปนพลงงานกลจากการหมนของเพลา ขอแตกตางทเหนไดชดระหวางเครองกงหนไอนำทงสองประ-เภทคอ ทศทางการไหลของไอนำ ในกรณของเครองกงหนแบบไหลตามแนวรศม ไอนำไหลเขาโรเตอรของทางรศมนอกของโรเตอร ไหลผานโรเตอรตามแนวรศม และไหลออกจากโรเตอรทางรศมใน ในกรณของเครองกงหนแบบไหลตามแนวแกน ไอนำไหลเขาและออกจากโรเตอรตามแนวแกนของเพลา เครองกงหนแบบไหลตามแนวรศมมขอจำ-กดทขนาดเลกและอตราการไหลของไอนำตำ จงไมเหมาะกบการใชในโรงไฟฟา ในทางตรงกนขาม เครองกงหนแบบไหลตามแนวแกนสามารถออกแบบใหมขนาดใหญและอตราการไหลของไอนำสง เครองกงหนไอนำในโรงไฟฟาเกอบทงหมดเปนประเภทน

สวนประกอบสำคญของเครองกงหนไอนำคอใบพดทจดเรยงเปนแถวโดยมแถวของใบพดนงหรอสเตเตอร (stator) สลบกบแถวของใบพดหมนหรอโรเตอร (rotor) ตามรปท 7.1 ใบพดนงจะยดตดกบโครงหมของเครองกงหนในขณะทใบพดหมนจะยดตดกบแกนหมนโดยฐานของใบพดนงและใบพดหมนมลกษณะเปนสลกเพอใหการยดตดม

152 เครองกงหนไอนำ

ความมนคง ใบพดนงอาจถกออกแบบใหเปลยนไอนำความดนสงและความเรวตำเปนไอนำความดนตำและความเรว สง ใบพดหมนถกออกแบบแปลงพลงงานของไอนำ เปนพลงงานกลจากการหมนของใบพด

รปท 7.1: สเตเตอรและโรเตอรของเครองกงหนไอนำ

7.2 ขนทำงาน

หนงขนทำงาน (stage) ของเครองกงหนไอนำหมายถงสเตเตอรกบโรเตอร หนงขนทำงานสามารถใหกำลงงานไมมากนก เครองกงหนไอนำจงตองประกอบดวยหลายขนทำงานโดยไอนำจะขยายตวในแตละขนทำงาน รปท 7.2 แสดงการเปลยนแปลงความดนของไอนำทไหลผาน 4 ขนทำงาน จะเหนวามการลดลงของเอนทลปควบคกบการลดลงของความดน ขนทำงานของเครองกงหนไอนำแบงเปนสองแบบตามลกษณะของใบพดนงและใบพดหมนไดแกขนทำงานแรงดล (impulse stage) และขนทำงานแรงปฏกรยา (reaction stage)

7.2.1 ขนทำงานแรงดล

ในขนทำงานแรงดลไอนำความดนสงและความเรวตำจะมความดนลดลงและความเรวสงเมอไหลผานใบพดนงซงทำหนาทเปนหวฉด หลงจากนนไอนำจะเขาปะทะกบใบพดหมนซงทำใหโมเมนตมของไอนำลดลง และสงผลใหเกดแรงกระทำตอใบพดและพลงงานกลของเครองกงหน รปท 7.3 แสดงใบพดในขนทำงานแรงดลและการเปลยนแปลงของความดนและความเรวไอนำในการไหลผานขนทำงานแรงดล เปนทนาสงเกต

7.2 ขนทำงาน 153

รปท 7.2: การขยายตวของไอนำในเครองกงหนไอนำทม 5 ขนทำงาน

วา ใบพดในโรเตอรมลกษณะสมมาตรคลายเกอกมาซงทำใหมมเขาและมมออกของใบพดเทากน

รปท 7.3: ขนทำงานแรงดล

ขนทำงานแรงดลทนำมาตอกนเรยกวา ขนทำงานแรงดลความดนผสม (pressurecompound stage) รปท 7.4 แสดงใบพดและการเปลยนแปลงความดนและความเรวไอนำในการไหลผานสองขนทำงานของขนทำงานแรงดลความดนผสม เปนทนาสงเกตวา โพรไฟลความเรวในแตละขนทำงานเหมอนกนและโพรไฟลความดนในแตละขนทำ-งานแตกตางกนเพยงระดบความดน แตการเปลยนแปลงความดนระหวางการไหลผานใบพดคลายกน ดงนนเอนทลปทลดลงในการไหลผานหวฉดในแถวทหนงจงเทากบเอนทลปทลดลงในการไหลผานหวฉดในแถวทสามและโรเตอรในแถวทสองและสให


กำลงงานเทากน

รปท 7.4: ขนทำงานแรงดลความดนผสม

ถาแถวทสามของขนทำงานในรปท 7.4 ไมไดทำหนาทเปนหวฉด แตทำหนาทเปลยนทศทางการไหลของไอนำโดยไมไดลดความดนและเพมความเรวของไอนำ ขนทำ-งานจะเปลยนเปนขนทำงานแรงดลความเรวผสม (velocity compound stage) ดงแสดงในรปท 7.5 ขนทำงานแบบนมหวฉดในแถวแรกเพยงแถวเดยว ความดนของไอนำจงลดลงในแถวแรกและคงทตลอดการไหลทเหลอ โพรไฟลความเรวไอนำในโรเตอรแถวทสองและสมลกษณะคลายกนแตระดบความเรวในโรเตอรแถวทสองมากกวา

7.2.2 ขนทำงานแรงปฏกรยา

ขอแตกตางระหวาง ขนทำงานแรงปฎกรยากบขนทำงานแรงดลคอ การเปลยนแปลงของความดนไอนำ ทไหลผานใบพดหมน ความดนคงทเมอไอนำไหลผานใบพดหมนของขนทำงานแรงดล แตความดนลดลงเมอไอนำไหลผานใบพดหมนของขนทำงานแรงปฏกรยา ซงทำใหเอนทลปลดลงตามไปดวย ใบพดหมนของขนทำงานแรงปฏกรยาทำหนาทเปนหวฉดทหมนรอบแกนดวยความเรวสง งานทกระทำโดยโรเตอรของขนทำ-งานแรงปฏกรยาจงไดมาจากแรงดนของไอนำและพลงงานจลนของไอนำ สดสวนของ

7.2 ขนทำงาน 155

รปท 7.5: ขนทำงานแรงดลความเรวผสม

งานทไดจากแรงดนของไอนำเทยบกบงานทไดทงหมดคอ ระดบปฏกรยา (reaction de-gree) ซงสามารถเขยนเปนสตรดงน

R = �hr�hs +�hr (7.1)

โดยท �hs เปนเอนทลปทลดลงในสเตเตอรและ �hr เปนเอนทลปทลดลงในโรเตอรระดบปฏกรยามคาระหวาง 0 ถง 1 ขนกบการออกแบบใบพดนงและใบพดหมน ขนทำงานแรงปฏกรยา 50% หมายถงขนทำงานทมการลดลงของเอนทลปในสเตเตอรและโรเตอรเทากนซงมใบพดนงและใบพดหมนทเหมอนกน รปท 7.6 แสดงใบพดในขนทำงานแรงปฏกรยาและการเปลยนแปลงของความดนและความเรวไอนำในการไหลผานขนทำงานแรงปฏกรยา 50% เปนทนาสงเกตวาใบพดในโรเตอรของขนทำงานปฏกรยามลกษณะคลายแพนอากาศ (air foil)


รปท 7.6: ขนทำงานแรงปฏกรยา 50%

7.3 ประสทธภาพหวฉด

การไหลผานขนทำงานของไอนำจะทำใหเอนทลปของไอนำ อปกรณททำหนาทลดเอนทลปคอ หวฉด (nozzle) หวฉดในสเตเตอรของขนทำงานแรงดลและขนทำงานแรงปฏกรยาเปนหวฉดทอยกบท หวฉดในโรเตอรของขนทำงานแรงปฏกรยาเปนหวฉดทหมนดวยความเรวสง หวฉดในอดมคตจะลดเอนทลปของไอนำโดยไมเปลยนเอน-โทรป แตการไหลของไอนำผานหวฉดจรงจะมการเพมขนของเอนโทรปเนองจากความเสยดทานระหวางไอนำกบหวฉด ประสทธภาพหวฉด (nozzle efficiency) คอ อตราสวนระหวางเอนทลปทลดลงจรงในการไหลผานหวฉดกบเอนทลปทจะลดลงถาการไหลเปนแบบไอเซนโทรปก (isentropic flow)�N = �h�hs (7.2)

เอนทลปทลดลงสงผลใหความดนไอนำลดลงและความเรวไอนำเพมขน ในกรณของหวฉดในสเตเตอร ความสมพนธระหวางเอนทลป (h0) กบความเรว (V0) ไอนำทเขาหวฉดและเอนทลป (h1) กบความเรว (V1) ไอนำทออกจากหวฉดเปนไปตามกฎการอนรกษพลงงาน h0 + V 202 = h1 + V 212=) �h = h0 � h1 = V 212 � V 202

7.4 สามเหลยมความเรว 157

โดยทวไป V0 นอยกวา V1 มาก ดงนน�h = V 212 (7.3)V1 = p2�h (7.4)

ตวอยาง ไอนำอมตวความดน 0.4 MPa ไหลเขาหวฉดดวยความเรวนอยมากและออกจากหวฉดทความดน 0.1 MPa ถาประสทธภาพของหวฉดเทากบ 90% จงหาความเรวของไอนำทไหลออกจากหวฉด

วธทำจากแผนภมไอนำพบวาทความดน 0.4 MPa ไอนำอมตวมคาเอนทลป h0 = 2740

kJ/kg ทความดน 0.1 MPa และ s1s = s0 ไอนำมคาเอนทลป h1s = 2500 kJ/kg คา�h คำนวณจากสมการ (7.2)�h = 0:90(2740� 2500)� 103= 2:16� 105 J/kg

แทนคา �h ในสมการ (7.4) V1 = p2� 2:16� 105= 657 m/s

7.4 สามเหลยมความเรว

เครองมอในการวเคราะหการไหลของไอนำผานใบพดหมนซงทำใหเกดแรงกระทำตอใบพดหมนและกำลงงานทไดจากใบพดหมนคอ สามเหลยมความเรว (velocity tri-angle) ซงแสดงใหเหนเวกเตอรความเรวสามเวกเตอรทเกยวของกบการไหลชองไอนำผานใบพดหมน ~V หมายถงเวกเตอรความเรวสมบรณ (absolute velocity) ~U หมายถงความเรวของใบพดหมนและ ~W หมายถงความเรวสมพทธไอนำเทยบกบใบพด ความสมพนธระหวางเวกเตอรความเรวทงสามคอ~V = ~W + ~U (7.5)


รปท 7.7 แสดงสามเหลยมความเรวทางเขาสใบพดหมนและทางออกจากใบพดหมน จะเหนวาความเรวใบพดมคาคงทในขณะทความเรวสมบรณและความเรวสมพทธอาจเปลยนแปลง มมของความเรวสมบรณทางเขาหรอ V1 เรยกวา มมหวฉด (nozzleangle) เนองจากไอนำทไหลเขาใบพดหมนกคอไอนำทไหลออกจากหวฉดหรอสเตเตอรทมมน นอกจากนมมเขา (�1) และมมออก (�2) ของใบพดเทากบมมเขาและมมออกของความเรวสมพทธเนองจากใบพดมกถกออกแบบใหความเรวสมพทธเขาและออกจากใบพดในทศทางสมผสกบใบพด

รปท 7.7: สามเหลยมความเรวทางเขา (บน) และสามเหลยมความเรวทางออก (ลาง)

เปนทนาสงเกตวาความเรวใบพดในสามเหลยมความเรวทางเขาและทางออกมคาเทากนและมทศทางเดยวกนคอ ตงฉากกบแกนหมนของโรเตอรเนองจากเครองกงหนไอนำเปนแบบไหลตามแนวแกน สามเหลยมความเรวทางเขาและทางออกจงสามารถเขยนซอนกนโดยใชวกเตอรของความเรวใบพดเปนฐานรวมกน ความเรวใบพดสามารถคำนวณจากความเรวรอบของโรเตอรดงนU = !r (7.6)

โดย ! คอ ความเรวรอบซงมหนวยเปน rad/s และ r คอ ระยะจากจดศนยกลางโรเตอรถงตำแหนงทคำนวณความเรวใบพด ถากำหนดความเรวรอบ N ซงมหนวยเปน rpmมาให ! คำนวณไดจาก ! = 2�N60 (7.7)


ความเรวใบพดมคาสงสดทยอดของใบพดและมคาตำสดทฐานของใบพด ในกรณทความยาวใบพดไมมาก การวเคราะหใบพดหมนอาจกระทำโดยใชความเรวใบพดทคำนวณจากตำแหนงกลางใบพด แตถาใบพดมความยาวมาก การวเคราะหใบพดหมนอาจตองกระทำทแตละตำแหนงของใบพดแยกจากกน

การวเคราะหใบพดหมนโดยใชสามเหลยมความเรวมวตถประสงคทจะคำนวณงานทไดจากใบพดหมน แรงทกระทำตอใบพดเทากบผลตางระหวางโมเมนตมของไอนำทเขาสและออกจากใบพดในทศทางขนานกบแถวใบพดหมนF = _m(V1 os �1 + V2 os �2) (7.8)

โดยท _m คอ อตราการไหลเชงมวลของไอนำ ผลคณของแรงกบความเรวใบพดคอ กำลงงานทไดจากใบพดหมนของโรเตอรP = _mU(V1 os �1 + V2 os �2) (7.9)

อกรปหนงของกำลงงานไดจากการใชกฎขอทหนงของพลศาสตรความรอน กำลงงานทกระทำตอใบพดเทากบอตราการลดลงของเอนทลปและพลงงานจลนของไอนำทไหลผานใบพด ดงนน P = _m �h1 � h2 + 12 �V 21 � V 22 �� (7.10)

ผสงเกตการณทเคลอนทพรอมกบใบพดจะเหนวาความเรวไอนำเขาและออกคอ W1 และW2 ตามลำดบ และกำลงงานทคำนวณไดในกรอบอางองนจะเปนศนยเนองจากใบพดไมเคลอนทสมพทธกบกรอบอางอง0 = _m �h1 � h2 + 12 �W 21 �W 22 ��=) h1 � h2 = �12 �W 21 �W 22 � (7.11)

แทนคา h1 � h2 ลงไปในสมการ (7.10)P = _m2 ��V 21 � V 22 �� W 21 �W 22 �� (7.12)

สมการ (7.12) อาจเขยนใหมโดยใชความสมพนธเชงตรโกณมตตอไปนV 21 = W 21 + U2 + 2W1U os�1

160 เครองกงหนไอนำV 22 = W 22 + U2 � 2W2U os �2ซงทำใหสมการ (7.12) กลายเปนP = _mU(W1 os�1 +W2 os�2) (7.13)

ถานำสามเหลยมความเรวทางเขาใบพดหมนและสามเหลยมความเรวทางออกในรปท 7.7 มาวางซอนกนโดยทงสองสามเหลยมมฐานเดยวกน จะพบวานพจนในวงเลบของสมการ (7.9) และ (7.13) คอ ระยะหางระหวางจดยอด (vertex) ของสามเหลยมทงสอง

รปท 7.8 เปรยบเทยบสามเหลยมความเรวของขนทำงานแรงดลและขนทำงานแรงปฏกรยา 50% ใบพดหมนของขนทำงานแรงดลเปนใบพดสมมาตร ดงนน �1 =�2 ในรปดานซาย ในทางตรงขามใบพดหมนของขนทำงานแรงปฏกรยา 50% มมมเขาไมเทากบมมออก อยางไรกตาม การทผลตางเอนทลปในสเตเตอรและโรเตอรของขนทำงานแรงปฏกรยา 50% มคาเทากนทำใหสามเหลยมความเรวทางเขาและทางออกเหมอนกน ดงนน �1 = �2 และ �2 = �1 ในรปดานขวา นอกจากน W1 = V2 และW2 = V1รปท 7.8: สามเหลยมความเรวของขนทำงานแรงดล (ซาย) และขนทำงานแรงปฏกรยา50% (ขวา)

กำลงงานของโรเตอรไดจากไอนำทไหลเขาโรเตอรดวยความเรวสง ไอนำนเปนไอนำความดนตำซงมาจากไอนำความดนสงทไหลเขาหวฉด ดงนนจงมการแปลงพลง-งานศกยของไอนำเปนพลงงานกลของโรเตอรในการไหลผานขนทำงานของเครองกงหนไอนำ ประสทธภาพของการแปลงพลงงานคอ ประสทธภาพใบพด (blade efficiency)�B = P_m�h (7.14)


ในกรณของขนทำงานแรงดล �h คอ เอนทลปทลดลงในหวฉดของสเตเตอรตามสมการ(7.3) แทนคาในสมการ (7.14) จะไดประสทธภาพใบพดของขนทำงานแรงดล�B = P12 _mV 21 (7.15)

ในกรณของขนทำงานแรงปฏกรยา �h เปนผลรวมของเอนทลปทลดลงในสเตเตอร(h0 � h1) และเอนทลปทลดลงในโรเตอร (h1 � h2) เอนทลปทลดลงในสเตเตอรหรอหวฉดคอ V 21 =2 ตามสมการ (7.3) ดงนน สวนเอนทลปทลดลงในโรเตอรคอ h1 � h2ในสมการ (7.11) ดงนน �h = 12[V 21 + (W 22 �W 21 )℄ (7.16)

และประสทธภาพใบพดของขนทำงานแรงปฏกรยาคอ�B = P12 _m[V 21 + (W 22 �W 21 )℄ (7.17)

ตวอยาง ขนทำงานแรงดลของเครองกงหนไอนำมความเรวรอบ 3000 rpm รศมของฐานใบพดหมนคอ 600 mm รศมของยอดใบพดหมนคอ 800 mm จงหาความเรวใบพดทกลางใบพด

วธทำรศมเฉลย (rm) ทกลางใบพดเทากบ (600+800)/2 = 700 mm คำนวณความเรว

ใบพดจากสมการ (7.6) และ (7.7)U = 2�Nrm60= 2� � 3000� 0:760 = 220 m/s

ตวอยาง เครองกงหนไอนำประกอบดวยแรงปฏกรยา 50% หนงขน มมของหวฉดเทากบ 20ÆC ความเรวสมบรณของไอนำทไหลเขาโรเตอรเทากบ 50 m/s และความเรวใบพดเทากบ 30 m/s ถาไอนำมอตราการไหล 8 kg/s จงหากำลงงานของเครองกงหนและประสทธภาพใบพด

วธทำ


ขนตอนแรกคอ การหามมเขาของใบพด (�1) ซงหาไดจากมมของหวฉด (�1) ทโจทยระบคามาให W1 sin�1 = V1 sin �1W1 os�1 = V1 os �1 � U�1 = tan�1 � V1 sin �1V1 os �1 � U �= tan�1 � 50 sin 20Æ50 os 20Æ � 30�= 45:2Æ

ขนตอนตอมาคอ การคำนวณ W1 ไดจากW1 = V1 sin �1sin�1= 50 sin 20Æsin 45:2Æ= 24:1 m/s

ขนตอนสดทายคอ การคำนวณ P จากสมการ (7.11) และ �B จากสมการ (7.15)โดยใชลกษณะเฉพาะของขนทำงานแรงปฏกรยา 50% (�2 = �1 และ W2 = V1)P = 8� 30(24:1 sin 45:2Æ + 50 sin 20Æ)= 15:4 kW�B = 1:54� 10412 � 8[502 + (502 � 24:12)℄= 0:877.5 ความเรวทเหมาะสมทสด

ในกรณทไมมการสญเสยพลงงานจากการไหลแบบปนปวนและการไหลปะปนของละอองนำ Pa t เทากบ P ในสมการ (7.10) กำลงงานของขนทำงานจะขนกบความเรวไอนำ ความเรวใบพดและมมใบพด กำลงงานจะมคาสงสดถาตวแปรเหลานมคาทเหมาะสม ถากำหนดความเรวไอนำและมมใบพดมาให กำลงงานจะขนกบความเรว

7.5 ความเรวทเหมาะสมทสด 163

ใบพดโดยจะมคาสงสดเมอความเรวใบพดมคาเหมาะสมทสดคาหนง ความเรวใบพดทเหมาะสมทสดมคาตางกนในขนทำงานแรงดลและขนทำงานแรงปฏกรยา

7.5.1 ขนทำงานแรงดล

ในกรณของขนทำงานแรงดลในอดมคต ไอนำผานใบพดหมนทสมมาตร (�1 =�2) และไมมความเสยดทาน (W1 = W2) ความเรวใบพดทเหมาะสมทสดจะทำใหสวนประกอบแนวนอนของ V2 มคาเปนศนย ดงนนสามเหลยมความเรวทางออกจากใบพดเปนสามเหลยมมมฉาก (�2 = 90Æ) ดงแสดงในรปท 7.9 สามเหลยมความเรวทางออกแสดงใหเหนวา ความเรวใบพดทเหมาะสมทสด (Uopt) มความสมพนธกบความเรวสม-พทธทางออกดงน Uopt = W2 os�2นอกจากนสามเหลยมความเรวทางเขาแสดงใหเหนวาV1 os �1 = W1 os�1 + Uoptสมการทงสองสมการขางตนใหคาความเรวใบพดทเหมาะสมทสดทขนกบความเรวสม-บรณของไอนำ Uopt = V1 os �12 (7.18)

รปท 7.9: สามเหลยมความเรวในโรเตอรของขนทำงานแรงดลทใบพดมความเรวทเหมาะสมทสด


แทนคา Uopt ลงในสมการ (7.1) จะพบวา กำลงงานสงสดคอPmax = _m2 (V1 os �1)2 (7.19)

แทนคา Pmax ในสมการ (7.13) จะไดประสทธภาพใบพดสงสดของขนทำงานแรงดล�B;max = os2 �1 (7.20)

สมการ (7.16) บอกวาประสทธภาพใบพดสงสดมคาเทากบ 1 ถา �1 = 0Æ กลาวคอใบพดหมนมรปคลายเกอกมา แตการออกแบบสเตเตอรเพอพนไอนำสใบพดหมนดงกลาวจะประสบความยากลำบากอยางยง ดงนนในทางปฏบต �1 จงมากกวา 0Æ

ขนทำงานแรงดลมความเรวใบพดสงมากซงทำใหโรเตอรตองหมนเรวเชนกน ผลเสยทเกดขนคอ การสญเสยพลงงานเนองจากจะมความเสยดทานมากและความเคนในโรเตอรทเกดจากแรงหนศนยกลางกจะมากเชนกน การลดความเรวใบพดทเหมาะสมทสดสามารถกระทำไดโดยการใชขนทำงานแรงดลมากกวาหนงขน

รปท 7.10 แสดงสามเหลยมความเรวของขนทำงานแรงดลความเรวผสมสองขนทใบพดมความเรวทเหมาะสมทสด สามเหลยมความเรวทางออกของขนทำงานทสองแสดงใหเหนวา ความเรวใบพดทเหมาะสมทสด (Uopt) มความสมพนธกบความเรวสมพทธทางออกดงน Uopt = W4 os�2นอกจากนสามเหลยมความเรวทางเขาของขนทำงานทสองแสดงใหเหนวาV3 os �2 = W3 os�2 + Uoptสมมตวาใบพดของขนทำงานทสองไมมความเสยดทาน (W3 = W4) ดงนนV3 os �2 = 2Uopt (7.21)

รปท 7.5 แสดงใหเหนวาระหวาง V2 และ V3 มใบพดนงซงเปนใบพดสมมาตรทำหนาทเปลยนทศทางการไหลของไอนำ สมมตวาไมมความเสยดทานในใบพดน (V2 = V3)ดงนน V2 os �2 = 2Uopt (7.22)

สามเหลยมความเรวทางออกของขนทำงานทหนงแสดงใหเหนวา Uopt มความสมพนธกบ W2 ดงน W2 os�1 = V2 os �2 + Uopt


รปท 7.10: สามเหลยมความเรวในโรเตอรของขนทำงานแรงดลความเรวผสมสองขนทใบพดมความเรวทเหมาะสมทสด = 3UoptสามเหลยมความเรวทางเขาของขนทำงานทหนงแสดงใหเหนวาV1 os �1 = W1 os�1 + Uoptสมมตวาใบพดของขนทำงานทสองไมมความเสยดทาน (W1 = W2) ดงนนV1 os �1 = 4Uopt (7.23)

คาความเรวใบพดทเหมาะสมทสดทขนกบความเรวสมบรณของไอนำจงเทากบUopt = V1 os �14การวเคราะหหาคาความเรวใบพดทเหมาะสมทสดในกรณของขนทำงานแรงดล

ความเรวผสมทม n ขนทำงานอาจใชวธเหมอนกบการวเคราะหขางตน ผลทไดคอUopt = V1 os �12n (7.24)


ถงแมวาขนทำงานแรงดลความเรวผสมสามารถลดความเรวทเหมาะสมทสดของใบพดไดอยางมาก แตใบพดหมนในแตละขนจะทำงานไมเทากน ในกรณทมสองขนทำงาน กำลงงานในขนทำงานทหนง (P1) และขนทำงานทสอง (P2) ตามสมการ (7.7)คอ P1 = _mUopt(V1 os �1 + V2 os �2)P2 = _mUopt(V3 os �2)แทนคา V1 os �1, V2 os �2 และ V3 os �2 จากสมการ (7.21), (7.20) และ (7.19)ตามลำดบ P1 = 6 _mU2opt (7.25)P2 = 2 _mU2opt (7.26)

ดงนนอตราสวนของงานททำโดยขนทำงานทหนงตองานททำโดยขนทำงานทสองเทากบ3 : 1 การทแตละขนของขนทำงานแรงดลความเรวผสมทำงานไมเทากนนบเปนขอเสยเปรยบของ ขนทำงานแรงดลความเรวผสมเนองจากคาใชจายของแตละ ขนทำงานใกลเคยงกนแตขนทำงานทายกลบใหงานทนอยมากเมอเทยบกบขนทำงานแรก ในกรณทม 3 ขนทำงาน การวเคราะหแสดงใหเหนวาอตราสวนของงานททำในแตละขนคอ 5 : 3: 1 ดงนนการใชขนทำงานแรงดลความเรวผสมมากกวา 2 ขนทำงานจงไมเปนทนยม

เพอลดความเรวใบพดและแบงงานใบพดใหเทา ๆ กน การลดความเรวทเหมาะสมทสดอาจใชขนทำงานแรงดลความดนผสม ตามทไดกลาวกอนหนานวาแตละขนทำงานของขนทำงานแรงดลความดนผสมประกอบดวยหวฉดและใบพดหมนเหมอนกน ดงนนเอนทลปจงลดลงเทากบในแตละขนทำงาน ถาเอนทลปไอนำลดลงรวมทงสน �h จากการไหลผานขนทำงานแรงดลความดนผสมม n ขนทำงาน เอนทลปทลดลงในแตละขนจะเทากบ �h=n ความเรวสมบรณของไอนำทไหลเขาโดรเตอรในแตละขนทำงานจงมคาเทากบ V1 =r2�hn (7.27)

เมอคำนวณความเรวใบพดทเหมาะสมทสดดวยสมการ (7.16) จะพบวา Uopt ลดลงตามn แตลดลงในอตราทนอยกวาขนทำงานแรงดลความเรวผสมทมจำนวนขนทำงานเทากน นอกจากนรปท 7.4 ยงแสดงใหเหนวามความดนตกครอมหวฉดในแตละขนทำงานของขนทำงานแรงดลความดนผสมซงทำใหไอนำบางสวนอาจไหลออมหวฉด สงนเปนสาเหตหนงของการสญเสยพลงงานและนบเปนขอเสยของขนทำงานแรงดลความดนผสม


7.5.2 ขนทำงานแรงปฏกรยา

ขนทำงานแรงปฏกรยาทม อตราสวนปฏกรยา 50% มสามเหลยมความเรวเขาเหมอนกบสามเหลยมความเรวออก ในกรณทความเรวใบพดมคาเหมาะสมทสดทงสามเหลยมความเรวเขาและออกเปนสามเหลยมมมฉากดงแสดงในรปท 7.11 ซงทำใหความเรวใบพดทเหมาะสมทสดมคาเทากบUopt = V1 os �1 (7.28)

แทนคา Uopt และ �2 = 90Æ ในสมการ (7.11) จะพบวากำลงงานสงสดคอPmax = _m (V1 os �1)2 (7.29)

ประสทธภาพสงสดไดจากการแทนคา Pmax จากสมการ (7.27) ในสมการ (7.15) หลง-จากการจดรปสมการทไดพบวา �B;max = 2 os2 �11 + os2 �1 (7.30)

รปท 7.11: สามเหลยมความเรวในขนทำงานแรงปฏกรยา 50% เมอความเรวใบพดมคาเหมาะสมทสด

ขนทำงานแรงปฏกรยามขอเสยเหมอนขนทำงานแรงดลความดนผสมคอ ความดนทลดลงในใบพดนงและใบพดหมนจะทำใหไอนำรวผานใบพด แตปญหานขนทำงาน


แรงปฏกรยาจะรนแรงกวา ดงนนขนทำงานแรงปฏกรยาจงนยมใชกบไอนำความดนตำทปองกนการรวไหลไดงาย และจากการทไอนำมความดนตำ ความหนาแนนกตำตามไปดวย ใบพดของขนทำงานแรงปฏกรยาจงตองมความสงพอสมควรเพอใหมพนทสำหรบไอนำไหลผานมากพอ ผลทตามมาคอความเรวใบพดจะเปลยนแปลงคอนขางมากจากฐานของโรเตอรสยอดของโรเตอร กลาวคอ ความเรวใบพดทยอดอาจเปนสองเทาของความเรวใบพดทฐาน ในขณะทความเรวสมบรณไอนำคงท ดงนนเพอใหประสทธภาพของใบพดมคาสงสดตลอดความสงของใบพด ใบพดจงควรบดตวใหมมทางเขาใบพดเพมขนจากฐานใบพดสยอดใบพด

ตวอยาง ใบพดหมนของขนทำงานแรงดลมความเสยดทานซงทำให W2 = kW1โดยท k < 1 ถามมหวฉดคอ �1 จงหาความเรวใบพดทเหมาะสมทสดและประสทธภาพใบพด

วธทำรปท 7.13 แสดงสามเหลยมความเรวในกรณทใบพดหมนมความเรวทเหมาะสม

ทสด V1 os �1 = W1 os�1 + UoptUopt = W2 os�2 = kW1 os�1V1 os �1 = Uoptk + Uopt=) Uopt = � kk + 1�V1 os �1

รปท 7.12: แผนภาพของปญหาตวอยาง

กำลงงานและประสทธภาพหาไดจากสมการ (7.7) และ (7.13) ตามลำดบP = _mUopt(V1 os �1)

7.6 ประสทธภาพขนทำงาน 169= _m� kk + 1� (V1 os �1)2�B = 2� kk + 1� os2 �17.6 ประสทธภาพขนทำงาน

กำลงงานสงสดทจะไดจากขนทำงานคอ _m�hs โดย �hs คอ เอนทลปทลดลงในขนทำงานโดยไมมการเปลยนแปลงของเอนโทรป กำลงงานทไดจรงจะนอยกวานเนองจากมการสญเสยพลงงานในขนทำงานจากสาเหตดงตอไปน

1. ภายในหวฉดมความเสยดทานระหวางไอนำกบผนงของหวฉดและมการไหลแบบปนปวน (turbulence) ซงสงผลเอนทลปทลดลงในหวฉดนอยกวา _m�hs

2. ไอนำทออกจากขนทำงานจะมความเรวและพลงงานจลนเหลออย ซงหมายความวา เอนทลปทลดลงในขนทำงานไมสามารถแปลงเปนพลงงานกลไดทงหมด

3. การไหลของไอนำในโรเตอรไมใชการไหลสองมตดงแสดงในรปท 7.7 การไหลจรงจะเปนการไหลแบบปนปวน นอกจากน ความเสยดทานระหวางใบพดกบไอนำอาจทำใหเกดการไหลวนภายในชองวางระหวางใบพด การไหลจรงจงมการสญเสยพลงงานของไอนำซงทำใหกำลงงานทไดจรงจากขนทำงาน (PS) นอยกวา P จากสมการ (7.7) หรอ (7.11)

4. ความดนครอมใบพดทำใหไอนำบางสวนไมไหลผานใบพด แตไหลออมผานชองวางระหวางปลายใบพดกบโครงหม กำลงงานทไดจากเครองกงหนนอยกวาทควรจะเปนเนองจากกำลงงานของเครองกงหนแปรผนตามอตราการไหลของไอนำผานใบพด

5. การควบแนนของไอนำ ซงทำใหมละอองนำไหลปะปนไปกบไอนำ ละอองนำมความเรวตำกวาไอนำ ดงนนความเรวสมพทธของไอนำและละอองนำจงไมเทากนรปท 7.12 แสดงใหเหนวา ความเรวสมพทธของไอนำ (W ) มทศทางเดยวกบมมเขาของใบพด ใขณะทความเรวสมพทธของละอองนำ (Wm) มทศทางตรงขามกบทศทางการหมนของใบพดซงทำใหละอองนำขดขวางการหมนของโรเตอรและทำให PS นอยกวา P นอกจากนการปะทะใบพดของละอองนำหลายครงยงจะกดเซาะใบพดอกดวย


รปท 7.13: สามเหลยมความเรวในโรเตอรของไอนำทมละอองนำปะปน

ประสทธภาพขนทำงาน (stage efficiency) คอ อตราสวนของกำลงงานทไดจรงจากขนทำงานตอกำลงงานสงสดทจะไดจากขนทำงาน�S = PS_m�hs (7.31)

สมการ (7.29) อาจเขยนใหมดงน�S = � �h�hs� :� P_m�h� :�PSP �ทกพจนทางดานขวาของสมการหมายถงการสญเสยพลงงานทกลาวถงขางตน พจนแรกคอ ประสทธภาพหวฉดซงหมายถงการสญเสยพลงงานจากสาเหตท 1 พจนทสองคอประสทธภาพใบพดซงหมายถงการสญเสยพลงงานจากสาเหตท 2 พจนทสามหมายถงการสญเสยพลงงานจากสาเหตท 3-5 ซงสามารถเขยนเปนสมการไดดงนPSP = 1� fL (7.32)

โดย fL คอ แฟกเตอรการสญเสยพลงงาน (energy loss factor) เพราะฉะนน�S = �N�B(1� fL) (7.33)

การหาคา �S จาก �N , �B และ fL อาจไมสะดวกในทางปฏบต แตสามารถกระทำงายกวาดวยการคำนวณ �hs และการวดความเรวรอบ (!) และแรงบดของเครองกงหน(� ) สตรคำนวณ PS= _m คอ PS_m = �! (7.34)

7.7 เครองกงหนไอนำหลายขนทำงาน 171

ดงนน �S = �!�hs (7.35)

ตวอยาง ไอนำทมความดน 0.7 MPa และอณหภม 800 K ไหลเขาขนทำงานหนงของเครองกงหนไอนำ ไอนำทไหลออกมความดน 0.4 MPa จากการทดสอบขนทำงานน พบวา มความเรวรอบ 1500 rpm และแรงบด 1000 N.m จงหาประสทธภาพขนทำงาน

วธทำจากแผนภมไอนำพบวาทความดน 0.7 MPa ไอนำยวดยงมคาเอนทลป h0 =

3540 kJ/kg ทความดน 0.1 MPa และ s1s = s0 ไอนำมคาเอนทลป h1s = 3340 kJ/kgดงนน �hs = (3540� 3340)� 105 = 2:00� 105 J/kg

ความเรวรอบ (N ) มหนวยเปน rpm แปลงเปน ! ดงน! = 2�N60 = 157 rad/s

ประสทธภาพขนทำงานคำนวณจากสมการ (7.33)�S = 1000� 1572:00� 105 = 0:7857.7 เครองกงหนไอนำหลายขนทำงาน

กำลงงานทไดจากขนทำงานหนงของเครองกงหนไอนำถกจำกดโดยความเรวรอบและขนาดของเครอง เครองกงหนไอนำทมเพยงขนทำงานเดยวจงใหมกำลงงานนอยเครองกงหนไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอนมขนาดใหญ จงตองประกอบดวยหลายขนทำงาน ถากำลงงานของเครองกงหนคอ PT และเครองกงหนประกอบดวยหลายขนทำงานทใหกำลงงานเทากน จำนวนขนทำงานของเครองกงหนจะเทากบn = PTPS (7.36)


นอกจากน ถาทกขนทำงานมประสทธภาพขนทำงานเทากน ประสทธภาพเครองกงหนไอนำสามารถคำนวณไดจาก �S สมมตวาจำนวนขนทำงานเทากบ 4 และไอนำขยายตวในเครองกงหนดงแสดงในรปท 7.14 ถาการขยายตวของไอนำเปนแบบทเอนโทรปคงทไอนำจะขยายตวจาก 1 ไป 2s, 3ss, 4ss และ 5ss แตในความเปนจรง ไอนำขยายตวจาก1 ไป 2, 3, 4 และ 5 ประสทธภาพของเครองกงหนจงมคาดงน�T = PT_m(h1 � h5ss) (7.37)PT เปนผลรวมของกำลงงานทไดจาก 4 ขนทำงาน ดงนนPT = PS1 + PS2 + PS3 + PS4สมมตวาทกขนทำงานม �S เทากนPT = _m�S[(h1 � h2s) + (h2 � h3s) + (h3 � h4s) + (h4 � h5s)℄แทนคา PT ในสมการ (7.35)�T = �S �(h1 � h2s) + (h2 � h3s) + (h3 � h4s) + (h4 � h5s)h1 � h5ss �เนองจากเสนความดนคงทในแผนภมไอนำมลกษณะลออกดงจะเหนไดจากรปท 7.14ดงนน (h1 � h2s) + (h2 � h3s) + (h3 � h4s) + (h4 � h5s) > h1 � h5ssซงหมายความวาเครองกงหนไอนำหลายขนทำงานมประสทธภาพสงกวาเครองกงหนไอนำขนทำงานเดยว หรออาจกลาวไดวา ประสทธภาพของเครองกงหนไอนำเพมขนเมอจำนวนขนทำงานมากขน ความสมพนธระหวาง �T ของเครองกงหนหลายขนทำงานกบ�S ของแตละขนทำงานอาจเขยนดงน �T = fR�S (7.38)

โดยท fR คอ แฟกเตอรการใหความรอนซำ (reheat factor) ซงมคามากกวา 1เครองกงหนไอนำควรประกอบดวยขนทำงานทใหกำลงงานมากเพราะจะทำให

เครองกงหนไอนำมจำนวนขนทำงานนอย นอกจากน ขนทำงานควรมประสทธภาพสงขนทำงานของเครองกงหนไอนำมหลายแบบ แตละแบบมขอไดเปรยบและเสยเปรยบ


รปท 7.14: การขยายตวของไอนำในเครองกงหนทม 4 ขนทำงาน

ดานกำลงงานและประสทธภาพทตางกน ดงนนเครองกงหนไอนำมกจะไมไดประกอบดวยขนทำงานเพยงแบบเดยว แตจะมขนทำงานแบบตาง ๆ ทำงานรวมกน

กำหนดใหเครองกงหนไอนำสามเครองประกอบดวยขนทำงานสามแบบ เครองทหนงประกอบดวยขนทำงานแรงดลความดนผสม 2 ขนทำงาน เครองทสองประกอบดวยขนทำงานแรงดลความเรวผสม 2 ขนทำงาน และเครองทสามประกอบดวยขนทำงานแรงปฏกรยา 50% 2 ขนทำงาน เครองกงหนไอนำทงสามเครองมมมหวฉด (�1) เทากนและความเรวรอบเทากน นอกจากนความเรวใบพดหมนของทกเครองเปนความเรวทเหมาะสมทสดซงทำใหประสทธภาพของเครองกงหนแตละเครองมคาสงสด เครองกง-หนไอนำทงสามเครองจะแตจะใหกำลงงานตางกนดงน

• เอนทลปไอนำลดลง �h(1) เมอไหลผาน 2 ขนทำงานของเครองกงหนไอนำเครองทหนงโดยแตละขนทำงานมเอนทลปลดลง �h(1)=2 ความเรวสมบรณของไอนำมคาตามสมการ (7.4) V1 =q�h(1)ความเรวใบพดหมนทเหมาะสมทสดคอสมการ (7.16) ดงนนV1 = 2U os �1=) �h(1) = 4� U os �1�2


• เอนทลปไอนำลดลง �h(2) เมอไหลผานขนทำงานแรกของเครองกงหนไอนำเครองทสอง ความเรวสมบรณของไอนำมคาตามสมการ (7.4)V1 =q2�h(2)ความเรวใบพดหมนทเหมาะสมทสดคำนวณจากสมการ (7.22)V1 = 4U os �1=) �h(2) = 8� U os �1�2

• เอนทลปไอนำลดลง �h(3) เมอไหลผานเครองกงหนไอนำเครองทสามโดยเอน-ทลปลดลง �h(3)=2 ในแตละขนทำงาน สำหรบขนทำงานแรงปฏกรยา 50%ครงหนงของเอนทลปไอนำทลดลงในแตละขนทำงานลดลงในสเตเตอร ดงนนV1 =r�h(3)2ความเรวใบพดหมนทเหมาะสมทสดคอสมการ (7.23) ดงนนV1 = U os �1=) �h(3) = 2� U os �1�2อตราสวน �h(1) : �h(2) : �h(3) = 2 : 4 : 1 แสดงใหเหนวาเครองกงหน

ไอนำทใชขนทำงานแรงดลความเรวผสมใหกำลงงานมากทสด รองลงมาคอ เครองกงหนไอนำ ท ใช ขนทำงานแรงดลความดนผสม สวนเครองกงหนไอนำ ท ใช ขนทำงานแรงปฎกรยา 50% ใหกำลงงานนอยทสด ถาตองการใหเครองกงหนไอนำทงสามแบบผลตกำลงงานเทากน เครองกงหนไอนำทใชขนทำงานแรงปฎกรยา 50% จะตองมขนาดใหญทสดและเครองกงหนไอนำทใชขนทำงานแรงดลความเรวผสมจะมขนาดเลกทสด

นอกเหนอจากกำลงงานของขนทำงาน อกสงหนงทตองพจารณาในการเลอกใชขนทำงานในเครองกงหนไอนำคอ ประสทธภาพขนทำงาน รปท 7.15 เปรยบเทยบประ-สทธภาพของขนทำงานแรงดล ขนทำงานแรงดลความเรวผสม และขนทำงานแรงปฏก-รยา ปจจยสำคญททำใหสงผลตอประสทธภาพของขนทำงานแรงปฏกรยาสงกวาประ-สทธภาพของขนทำงานแรงดลคอ การออกแบบเชงอากาศพลศาสตรของใบพดหมนใน


ขนทำงานแรงปฎกรยาดกวาของใบพดหมนในขนทำงานแรงดล อยางไรกตามขนทำงานแรงปฏกรยามขอเสยเปรยบทมการรวของไอนำเมอไหลผานใบพดหมนมากกวาขนทำ-งานแรงดล รปท 7.15 เปรยบเทยบประสทธภาพขนทำงานในกรณทใบพดหมนของขนทำงานมความยาวมากพอทจะทำใหผลกระทบของการรวของไอนำตอประสทธภาพขนทำงานไมมากนก ถาใบพดหมนมความยาวไมมากพอ ประสทธภาพของขนทำงานแรงปฏกรยากจะตำกวาประสทธภาพของขนทำงานแรงดลได ดงนนขนทำงานในชวงความดนสงจงควรเปนขนทำงานแรงดลซงมปญหาการรวของไอนำนอยกวา ขนทำงานแรงปฎกรยามความเหมาะสมในชวงความดนตำเพราะใบพดไดรบการออกแบบใหมประสท-ธภาพสง และการทใบพดมความยาวมากทำใหการรวของไอนำมสดสวนนอยเมอเทยบกบอตราการไหลของไอนำและไมสงผลมากนกตอประสทธภาพ เครองกงหนไอนำทใชโรงไฟฟาสมยใหมจงประกอบดวยขนทำงานแรงดลและขนทำงานแรงปฏกรยา ขนทำ-งานแรงดลความเรวผสมเปนขนทำงานแรก ๆ ซงมความดนสงและขนทำงานแรงปฏก-รยาในขนทาย ๆ ซงมความดนตำ การใชขนทำงานแรงดลความเรวผสมชวยลดจำนวนขนทำงานและลดขนาดของโรเตอร การใชขนทำงานแรงปฏกรยาในขนทาย ๆ ชวยเพมประสทธภาพใหเครองกงหนไอนำ

รปท 7.15: ประสทธภาพขนทำงานของขนทำงานสามแบบ


7.8 แรงดนแนวแกน

กำลงงาน P เกดจากแรง F ทกระทำตอใบพดในทศทางขนานกบแถวใบพดหมนแตการไหลผานขนทำงานของไอนำทำใหเกดแรงทตงฉากกบแถวใบพดหมนหรอขนานกบเพลาของเครองกงหน แรงนเรยกวาแรงดนแนวแกน (axial thrust) แรงดนแนวแกนประกอบดวยสองสวนคอ ผลตางระหวางแรงดนทางดานเขาและดานออกจากใบพดหมน และผลตางระหวางโมเมนตมของไอนำทเขาสและออกจากใบพดหมนในทศทางตงฉากกบแถวใบพดหมนT = (p1 � p2)A� _m(W1 sin�1 �W2 sin�2) (7.39)

โดย A ตอพนทหนาตดของใบพดหมนในโรเตอร นพจนทสองในสมการ (7.31) มคานอยมากเมอเทยบกบนพจนแรก ในกรณของขนทำงานแรงดล รปท 7.3 แสดงใหเหนวา p1 มคาใกลเคยงกบ p2 ดงนนจงมแรงดนแนวแกนทนอยมากกระทำตอใบพดหมนในทางตรงขาม รปท 7.6 แสดงใหเหนวา p1 มคามากกวา p2 ในกรณของขนทำงานแรงปฏกรยา ถงแมวาแรงดนแนวแกนอาจมคาไมมากนกในหนงขนทำงาน แตเครองกงหนไอนำมกประกอบดวยหลายขนทำงานซงทำใหแรงดนแนวแกนรวมมคามากได

แรงดนแนวแกนเปนผลเสยตอเครองกงหนเพราะมนจะดนโรเตอรใหเคลอนทออกจากเพลา เครองกงหนจงไดรบการออกแบบใหแรงดนแนวแกนมคานอยทสด วธหนงคอ การออกแบบเครองกงหนใหไอนำความดนสงไหลเขาตรงกลางและไอนำความดนตำไหลออกทางดานซายและดานขวาดงแสดงในรปท 7.16 ถาขนทำงานทางดานซายเหมอนกบขนทำงานทางดานขวาและอตราการไหลทงสองดานเทากบ แรงดนแนวแกนจะมคาเปนศนย แตถาขนทำงานทางดานซายอาจแตกตางกบขนทำงานทางดานขวาอตราการไหลทงสองดานอาจไมเทากนเพอใหแรงดนแนวแกนทเกดขนทางดานซายและขวามคาใกลเคยงกนมากทสด

7.9 การจำแนกเครองกงหนไอนำ

การออกแบบเครองกงหนไอนำในโรงไฟฟาเพอตอบสนองความตองการทหลาก-หลายทำใหมความแตกตางกนของเครองกงหนไอนำในขนาด กำลงงาน ประสทธภาพและการใชงาน ซงสงเหลานใชจำแนกเครองกงหนไอนำ

• เครองกงหนทมขนาดเลกและกำลงงานตำอาจมเพยงสวนเดยวซงประกอบดวยหลายขนทำงาน พนทหนาตดของขนทำงานจะเพมจากขนทำงานความดนสงไป

7.9 การจำแนกเครองกงหนไอนำ 177

รปท 7.16: เครองกงหนไอนำทออกแบบใหลดแรงดนแนวแกน

ยงขนทำงานความดนตำ เครองกงหนทมขนาดใหญและกำลงงานสงอาจมสองสวนคอ สวนความดนสง (high-pressure section) ซงประกอบดวยขนทำงานแรงดลเปนสวนใหญและสวนความดนตำ (low-pressure section) ซงประกอบดวยขนทำงานแรงปฏกรยาเปนสวนใหญ รปท 7.17 เปรยบเทยบเครองกงหนทงสองแบบ เครองกงหนทประกอบดวยขนทำงานแรงปฏกรยาจะมแรงดนแนวแกนมากระทำซงนบเปนปญหาสำคญทอาจสรางความเสยหายแกเครองกงหนไดเปนทนาสงเกตวาในเครองกงหนความดนตำในรปท 7.17 มลกษณะสมมาตรไอนำจะเขาเครองกงหนทกงกลางของเครองกงหนแลวขยายตวออกทางดานซายและดานขวาเทา ๆ กน ลกษณะนทำใหแรงดนแนวแกนทเกดขนแตละดานกจะหกลางกนไป

รปท 7.17: เครองกงหนไอนำแบบสวนเดยวและแบบสองสวน


• ในวฏจกรแรงคนไอนำทไหลออกจากเครองกงหนไอนำจะไหลตอไปยงเครองควบแนน ความดนไอนำทางออกจากเครองกงหนไอนำจะตำกวาความดนบรรยากาศเพอเพมประสทธภาพของวฏจกร อยางไรกตามในการผลตไฟฟารวมกบความรอนเครองกงหนไอนำไมไดปลอยไอนำสเครองควบแนนแตปลอยไอนำสกระบวนการอนทตองการไอนำ ทมความดนสงกวาบรรยากาศ เครองกงหนไอนำประเภทนเรยกวาเครองกงหนไอนำความดนตาน (back-pressure turbine)

• การใหความรอนซำเปนวธเพมประสทธภาพของวฏจกรแรงคนวธหนง เครองกง-หนไอนำทใชในวฏจกรแรงคนทมการใหความรอนซำจะแบงเปนสองสวนหรอมากกวานน รปท 7.18 แสดงกงหนไอนำทแบงเปนสามสวน สวนแรกเปนเครองกงหนความดนสง (hp turbine) ทำหนาทรบไอนำยวดยงความดนสงจากเครองทำไอนำยวดยงในเครองกำเนดไอนำ ไอนำทออกจากเครองกงหนนจะไหลกลบไปเครองใหความรอนซำในเครองกำเนดไอนำเพอเพมอณหภม สวนทสองเปนเครองกงหนความดนปานกลาง (ip turbine) ทำหนาทรบไอนำความดนปานกลางจากเครองใหความรอนซำ สวนทสามเปนเครองกงหนความดนตำ (lp turbine)ทำหนาทสงไอนำตอไปยงเครองควบแนน

รปท 7.18: เครองกงหนไอนำแบบใหความรอนซำ

• เครองกงหนไอนำบางเครองถกออกแบบใหสามารถดงไอนำออกจากเครองไดทบางคาความดน ไอนำทออกไปจะไหลเขาเครองอนนำปอนเพอเพมอณหภมนำปอนซงจะนำไปสประสทธภาพทสงขนของวฏจกรแรงคน รปท 7.19 แสดงตว-อยางของเครองกงหนประเภทน ทจดดงไอนำอาจตดตงวาลวเพอควบคมความดนไอนำทจะไหลเขาเครองอนนำปอนใหมคาเหมาะสม

7.10 การควบคมเครองกงหน 179

รปท 7.19: เครองกงหนไอนำแบบดงไอนำได (extraction turbine)

• เครองกงหนไอนำในรปท 7.17 เปนเครองกงหนไอนำแบบไหลออกสองทาง(double-flow turbine) เครองกงหนไอนำแบบนลดแรงดนแนวแกนไดและลดขนาดใบพดจากการทอตราการไหลของไอนำลดลงครงหนงในแตละทางทไอนำไหลผาน เครองกงหนไอนำอาจถกออกแบบใหรองรบอตราการไหลทสงนโดยใหไอนำไหลออกจากเครองกงหนไดมากกวาสองทาง รปท 7.20 แสดงเครองกงหนไอนำแบบไหลออกสามทางและสทาง เครองกงหนไอนำอาจมทางออกมากกวาสทางกได

• เครองกงหนไอนำในรปท 7.20 มสามสวนอยบนเพลาเดยวกนโดยเพลานเปนเพลาของเครองกำเนดไฟฟาดวย ความเรวรอบของทกสวนเทากบ 3000 rpmเครองกงหนไอนำแบบนเรยกวาแบบเพลาเดยว (tandem-compound turbine)เครองกงหนไอนำอาจมสองเพลาทมความเรวรอบตางกนโดยสวนทมความดนสงและความดนปานกลางหมนดวยความเรวรอบ 3000 rpm อยบนเพลาหนงและตอกบเครองกำเนดไฟฟาเครองหนง สวนทมความดนตำหมนดวยความเรวรอบ1500 rpm อยบนอกเพลาหนงและตอกบเครองกำเนดไฟฟาอกเครองหนงดงแสดงในรปท 7.21 เครองกงหนไอนำแบบนเรยกวาแบบเพลาค (cross-com-pound turbine) การใชเพลาคชวยลดความยาวของเพลา ลดขนาดเครองกำเนดไฟฟาและเพมประสทธภาพของเครองกงหน

7.10 การควบคมเครองกงหน

ความเรวของเครองกงหนจะเปลยนแปลงไปตามภาระกำลงของเครองถาปราศ-จากการควบคม สตรการคำนวณกำลงงานของขนทำงานแรงปฏกรยา 50% ในสมการ


รปท 7.20: เครองกงหนไอนำแบบไหลออกสามทาง (triple-flow turbine) และเครองกงหนไอนำแบบไหลออกสทาง (four-flow turbine)

รปท 7.21: เครองกงหนไอนำแบบเพลาค

(7.29) แสดงใหเหนวาในกรณท U มคามากกวาความเรวทเหมาะสมทสด (Uopt =

7.10 การควบคมเครองกงหน 181V1 os �1) กำลงงานของเครองกงหนทลดลงทำใหเครองกงหนหมนเรวขน ถาความเรวของการหมนมคามากเกนไปกอาจเกดผลเสยตอเครองได

กฟเวอรเนอร (governor) ทำหนาทควบคมใหความเรวของเครองกงหนคงทเมอภาระเปลยน โดยการลดอตราการไหลของไอนำ กฟเวอรเนอรจะตรวจวดความเรวของเครองพรอมกบเพมหรอลดอตราการไหลของไอนำตามความเหมาะสม รปท 7.22 แสดงแผนภาพของกฟเวอรเนอรแบบลกถวง (flyball governor) เมอความเรวรอบของเพลาเพมขน ลกถวงสองลกซงตออยกบปลอกเลอน (sleeve) จะดงปลอกเลอนลงดวยแรงหนศนยกลางและทำใหชองเปดของวาลวแคบลงและไอนำไหลผานไดนอยลง ถาตองการการควบคมความเรวทแมนยำมากขนกตองใชกฟเวอรเนอรแบบไฮดรอลกซงมเครองสบนำมนกฟเวอรเนอร (governor oil pump) ทำหนาทสงนำมนความดนสงไปยงปดวาลวควบคมการไหลของไอนำ ความเรวรอบของเครองกงหนทเพมขนจะทำใหความดนของนำมนเพมตามและดนวาลวใหปดเพอลด อตราการไหลของไอนำ

รปท 7.22: กฟเวอรเนอรแบบลกถวง

นอกจากกฟเวอรเนอรแลว เครองกงหนทกเครองจะตดตงอปกรณนรภยซงจะหยดการทำงานของเครองกงหนถาความเรวเกนคาทกำหนด ถาไมมอปกรณนรภยและกำลงของเครองกงหนลดลงอยางกระทนหนจนกฟเวอรเนอรไมสามารถปดวาลวไดทนเครองกงหนจะหมนเรวขนอยางรวดเรวจนอาจกอใหเกดอนตรายได อปกรณนรภยนจะทำงานโดยการปดวาลวใหสนทเพอหยดการไหลของไอนำ กลไกการทำงานของตวหยดความเรวเกนจะไมขนกบกฟเวอรเนอร ดงนนมนจะทำงานแมวากฟเวอรเนอรจะใชการไมไดแลว โดยทวไปอปกรณนรภยจะทำงานเมอความเรวของเครองกงหนมากกวาความ


เรวทกำหนดไว 10% ตวอยางเชนถากำหนดใหความเรวเทากบ 3000 rpm อปกรณนรภยจะทำงานเมอความเรวเทากบ 3300 rpm นอกจากนอปกรณนรภยยงอาจทำงานในกรณอน ๆ เชน ระบบหลอลนลมเหลว เครองกงหนเสยสมดลทางสถตศาสตรหรอพลศาสตร และระบบหลอเยนของเครองควบแนนลมเหลว

7.10 การควบคมเครองกงหน 183


1. ทำไมเครองกงหนไอนำทพบในโรงไฟฟาจงเปนแบบไหลตามแนวแกน

2. เขยนโพรไฟลความเรวและความดนไอนำทไหลผานขนทำงานแรงดล

3. อะไรคอขอเสยทสำคญของขนทำงานแรงดลความเรวผสม

4. ใบพดหมนของขนทำงานแรงดลแตกตางกบใบพดหมนของขนทำงานแรงปฏกรยา50% อยางไร

5. หวฉดทำหนาทอะไรในเครองกงหนไอนำ

6. เขยนสามเหลยมความเรวทางเขาและออกจากโรเตอรของกงหนแรงปฏกรยา 50%ทมความเรวใบพดทเหมาะสมทสด สมมตวาใบพดไมมความเสยดทาน

7. สำหรบขนทำงานแรงดลความเรวผสมทมสองขนทำงาน ความเรวใบพดทเหมาะ-สมทสดมคาเทาไรถาไอนำมความเรว V1 และมมหวฉดคอ �1

8. ทำไมใบพดของกงหนแรงปฏกรยาจงมลกษณะบดตว

9. ระบสาเหตการสญเสยพลงงานในเครองกงหนไอนำมาสามประการ

10. ทำไมเครองกงหนไอนำจงมประสทธภาพสงขนถามจำนวนขนทำงานมากขน

11. ทำไมเครองกงหนไอนำความดนตำทประกอบดวยขนทำงานแรงปฏกรยาจงมลก-ษณะสมมาตร กลาวคอ ไอนำจะเขาเครองกงหนทกงกลางของเครองกงหนแลวขยายตวออกทางดานซายและดานขวาเทา ๆ กน

12. เครองกงหนความดนตานมลกษณะเฉพาะอยางไร

13. เครองกงหนไอนำแบบเพลาคมขอไดเปรยบอะไรเมอเทยบกบเครองกงหนไอนำแบบเพลาเดยว

14. อปกรณททำหนาทควบคมความเรวรอบของเครองกงหนไอนำเรยกวาอะไร

15. ไอนำทมเอนทลป 3100 kJ/kg ไหลเขาหวฉดดวยความเรวทนอยมาก ไอนำทไหลออกมเอนทลป 3000 kJ/kg อยากทราบวาไอนำทไหลออกมความเรวเทาไร


16. โรเตอรของเครองกงหนไอนำ ขนทำงานเดยวมความยาวเสนผาศนยกลางเฉลย500 mm และหมนดวยความเรวรอบ 3600 rpm จงคำนวณหาความเรวของใบพดหมน

17. ไอนำออกจากหวฉดเขาหาใบพดหมนดวยความเรว 900 m/s โดยมมของหวฉดเทากบ 20Æ ถาความเรวของใบพดหมนคอ 300 m/s จงคำนวณหามมเขาของใบพดหมน

18. ไอนำมเอนทลปลดลง 150 kJ/kg จากการไหลผานกงหนไอนำซงประกอบดวยขนทำงานแรงดลแบบความดนผสมสองขนทำงาน จงหากำลงงานสงสดทผลตโดยกงหนไอนำถาอตราการไหลของไอนำเทากบ 5 kg/s และมมของหวฉดเทากบ20Æ

19. ถาความเรวสมบรณของไอนำทำมม 19Æ กบแถวของใบพดหมนในขนทำงานแรง-ดล จงหาประสทธภาพใบพดสงสดของใบพดหมนน

20. ถามมหวฉดของขนทำงานแรงปฏกรยา 50% คอ 15Æ อยากทราบวาประสทธภาพใบพดของขนทำงานนมคาสงสดเทาไร

บทท 8

ระบบนำปอนและนำหลอเยน

8.1 อปกรณหลกในระบบนำปอนและนำหลอเยน

ระบบนำปอนคอ ระบบทเกยวของกบสำหรบการผลตนำปอนสำหรบเครองกำเนดไอนำ อปกรณสำคญในระบบไดแกเครองควบแนนซงทำหนาทควบแนนไอนำจากเครองกงหนทำใหไดนำปอนกลบเขาสระบบและเครองอนนำปอนซงทำหนาทเพมอณหภมใหนำปอนกอนเขาเครองกำเนดไอนำ ระบบนำหลอเยนคอ ระบบทจายนำทมอณหภมตำเพอระบายความรอนออกจากเครองควบแนน อปกรณสำคญในระบบคอ หอหลอเยน(cooling tower) นอกจากนยงมระบบทเกยวของคอ ระบบปรบสภาพนำซงทำหนาทแปรสภาพนำดบจากแหลงนำธรรมชาตใหมคณสมบตเหมาะสมเปนนำปอนและนำหลอเยน รปท 8.1 แสดงการไหลเวยนของนำปอนและนำหลอเยน จะเหนวามการสญเสยนำปอนทเครองกำเนดไอนำและนำหลอเยนทหอหลอเยน ถาไมมการชดเชยนำปอนและนำหลอเยนโดยระบบระบบปรบสภาพนำ ปรมาณนำทไหลเวยนในระบบจะลดลง

8.2 เครองควบแนน

เครองควบแนนอาจตดตงดานลางของหรอดานขางของเครองกงหนไอนำ และอาจมจำนวนมากกวาหนงเครอง ถงแมวาเครองควบแนนอาจใชอากาศระบายความรอนจากไอนำ แตเครองควบแนนในโรงไฟฟานยมใชนำระบายความรอนเนองจากนำระบายความรอนไดดกวาอากาศหลายเทา เครองควบแนนเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบเปลอกและทอ (shell-and-tube heat exchanger) ทมรปรางคลายกลองสเหลยมขนาดใหญและมจำนวนทอนบหมนทอ นำหลอเยนจะไหลภายในทอและไอนำจะควบแนน

186 ระบบนำปอนและนำหลอเยน

รปท 8.1: การไหลเวยนของนำปอนและนำหลอเยน

นอกทอ การจดเรยงตวของทอมกเปนแบบนำหลอเยนไหลผานครงเดยว (one-pass)หรอสองครง (two-pass) รปท 8.2 แสดงเครองควบแนนแบบแรกนำหลอเยนเขาทดานหนงผานกลมทอตรง แลวออกทอกดานหนง แตในแบบหลงนำหลอเยนเขาและออกดานเดยวกนและกลมทอทใชมลกษณะคลายตว U ถงแมวาเครองควบแนนสามารถถกออกแบบใหนำไหลผานไดถงสครง (four-pass) แตกไมคมคา จงไมเปนทนยม

รปท 8.3 แสดงโพรไฟลอณหภมในเครองควบแนนทมการไหลผานของนำหลอเยนเพยงครงเดยว นำหลอเยนจะมอณหภมเพมขนอยางตอเนองจากทางเขาเครองไปทางออก ในขณะทอณหภมของไอนำทควบแนนจะคงท การออกแบบเครองควบแนนตองอาศยการวเคราะหการถายเทความรอนเพอหาจำนวนทอและพนทผวทงหมดของเครองควบแนนทตองใชควบแนนไอนำทมาจากเครองกงหนไอนำ สมการทใชวเคราะหคอ Q = UA�Tlm (8.1)�Tlm = ITD� TTDln(ITD=TTD) (8.2)

โดยท ITD คอผลตางระหวางอณหภมไอนำอมตวกบอณหภมนำหลอเยนเขา TTD คอ

8.2 เครองควบแนน 187

รปท 8.2: เครองควบแนนแบบนำหลอเยนไหลผานครงเดยว

ผลตางระหวางอณหภมไอนำอมตวกบอณหภมนำหลอเยนออก U คอสมประสทธการถายเทความรอนรวมและ A คอ พนทการถายเทความรอนซงกคอพนทผวของทอ สม-การ (8.1) แสดงใหเหนวา อณหภมนำหลอเยนเปนปจจยทมผลตอขนาดของเครองควบแนน ถาอณหภมนสงขน คา ITD และ TTD จะลดลงและทำใหพนทการแลกเปลยนความรอนตองเพมขนเพอให Q มคาคงท ซงหมายถงราคาของเครองควบแนนทตองเพมขนตาม

รปท 8.3: โพรไฟลอณหภมในเครองควบแนนผวสมผส

รปท 8.1 แสดงใหเหนวา นำหลอเยนมทมาจากนำดบซงอาจมสารแปลกปลอม


ปะปนอยดวย ดงนนทอไมควรมขนาดเลกเกนไปเพราะอาจทำใหเกดปญหาการอดตนได นำดบอาจเปนไดทงนำจดจากแมนำหรอนำเคมจากทะเล วสดทใชทำทอขนอยกบนำทใชหลอเยน ในกรณทเปนนำจด วสดทใชไดแก ทองแดงแอดมรลต (admilraltycopper) เหลกกลาไรสนมเบอร 304 (304 stainless steel) วสดอยางหลงมราคาถกตานทานการกดกรอนในนำจดไดด ทนทานตอปฏกรยาของแอมโมเนยและซลไฟด และไมกอใหเกดไอออนในนำปอนเหมอนทองแดง แตกมขอเสยคอ มคาการนำความรอนตำและความตานทานตอปฏกรยาของคลอไรดและการฟาวลง (fouling) จากสารอนทรยตำในกรณทนำหลอเยนเปนนำทะเลหรอนำกรอย การเลอกวสดสำหรบทอตองพจารณาชนดและปรมาณของสารเจอปนในนำรวมทงทรายและตะกอนทมากบนำ ซงวสดทใชอาจเปนโลหะผสม 90-10 ทองแดงนกเกล เหลกกลาไรสนม หรอไททาเนยม

สมรรถนะของเครองควบแนนทลดลงจะสงผลลบตอประสทธภาพของวฏจกรแรงคน ดงนน เครองควบแนนเปนอปกรณทตองไดรบการบำรงรกษาเปนอยางด ปญหาหลกทอาจเกดขนในการใชงานเครองควบแนนม 4 ประการไดแก การเกดฟาวลง การกดกรอนทอ การรวไหลเขาของนำหลอเยนมาปะปนกบไอนำ และการรวไหลเขาของอากาศ

• การเกดฟาวลงหมายถง การทมคราบตะกรนหรอสารอนมาเกาะตดพนผวดานในของทอ คราบเหลานนำความรอนไมดเมอเทยบกบโลหะทเปนวสดทอ ดงนนฟาวลงจงทำใหคาสมประสทธการถายเทความรอนรวมของเครองควบแนนลดลงฟาวลงเปนสงทปองกนไมใหเกดไดคอนขางยากเพราะนำหลอเยนมาจากแหลงนำธรรมชาตซงมสารแปลกปลอมปะปนอยไมมากกนอย การเตมสารเคมในนำหลอเยนชวยลดการสะสมของสารอนทรยบนผวทอได แตวธแกปญหาฟาวลงทนยมใชในโรงไฟฟาคอ การทำความสะอาดเครองควบแนนโดยสบนำใหไหลยอนกลบรปท 8.4 แสดงทศทางการไหลของนำในสภาวะเดนเครองควบแนนตามปกตและสภาวะทำความสะอาดเครองควบแนน นำทใชกำจดคราบสงแปลกปลอมภายในทอของเครองควบแนนจะมลกบอลทำดวยฟองนำลกเลก ๆ จำนวนมาก ลกบอลเหลานจะขดผวในของทอเมอไหลผานทอพรอมกบชะลางสงสกปรกออกไป

• การกดกรอนทอเกดจากทราย กอนกรวด และสงแปลกปลอมในนำหลอเยนทเคลอนทดวยความเรวสงมาปะทะกบทอของเครองควบแนน ถงแมวาความเรวของนำหลอเยนทเพมขนจะทำใหสมประสทธการถายเทความรอนเพมขนและสงผลใหเครองควบแนนมสมรรถนะดขนและชวยชะลางคราบตะกรนทเกาะผวทอ แตกทำใหเครองสบทำงานหนกขนและเพมการกดกรอนซงอาจทำใหอายการใชงานของทอลดลง ดงนนความเรวของนำจงถกจำกดใหอยระหวาง 1.8 ถง 3 m/s โดยขนอยกบวสดทใชทำทอ

8.2 เครองควบแนน 189

รปท 8.4: วงจรการไหลของเครองควบแนนในสองสภาวะ

• การรวไหลเขาของนำหลอเยนมาปะปนกบไอนำมสาเหตการทความดนของนำหลอเยนซงไหลในทอสงกวาความดนไอนำนอกทอ การกดกรอนและการสนสะ-เทอนเปนเวลานานอาจทำใหเกดรอยแตกราวในทอได นำหลอเยนอาจจะซมผานรอยแตกราวไปปะปนกบไอนำ ไอนำตองความบรสทธสงเพราะมนจะกลายเปนนำปอนหลงจากการควบแนน เนองจากมเกลอแรละลายในนำหลอเยนการปะปนระหวางไอนำกบนำหลอเยนจะนำไปสนำปอนทดอยคณภาพ การแกปญหานทดทสดคอ การตรวจสอบหารอยแตกและรอยราวในทอเพอซอมแซมใหหมดไป แตการตรวจสอบเครองควบแนนทมทอหลายพนทอเปนงานทหนก วธตรวจสอบมหลายวธเชน วดคาการนำไฟฟาของนำปอนและเปรยบเทยบกบคาปกต ถามนำหลอเยนปะปนกบนำปอนคาการนำไฟฟาจะเพมขนเพราะเกลอแรทละลายในนำหลอเยนแตกตวเปนไอออนซงนำไฟฟาไดดกวานำบรสทธ

• การรวไหลเขาของอากาศเกดจากการทความดนของไอนำในเครองควบแนนตำกวาความดนบรรยากาศ อากาศทไหลเขาเครองควบแนนจะลอมรอบทอ สภาพฉนวนความรอนของอากาศทำใหการถายเทความรอนจากไอนำสนำหลอเยนลดลง ผลทตามมาคอไอนำควบแนนทอณหภมสงขนและความดนไอนำกสงขนตามไปดวยซงทำใหงานทไดจากเครองกงหนไอนำลดลง การออกแบบเครองควบแนนเพอปองกนการรวไหลเขาของอากาศไมอาจรบประกนวาจะไมมการรวไหลเขาของอากาศตลอดอายการใชงานของเครองควบแนนเนองจากอากาศอาจเลดลอดผานรอยตอหรอรอยราวทอาจขนไดตลอดเวลา ดงนนการสบอากาศออกจงเปนสงทจำเปน อปกรณทใชสบอากาศออกคอ เครองสบสญญากาศ (vacuum pump)


และอเจกเตอร (ejector)

8.3 เครองอนนำปอน

เครองอนนำปอนทำหนาทเพมอณหภมนำปอนกอนเขาเครองประหยดเชอเพลงโดยใชไอนำทดงมาจากเครองกงหนไอนำ เครองอนนำปอนชวยเพมประสทธภาพใหวฏ-จกรแรงคน จงเปนสงจำเปนในโรงไฟฟาพลงความรอน เครองอนนำแบงเปนเครองอนนำปอนแบบปดและแบบเปด

8.3.1 เครองอนนำปอนแบบเปด

เครองอนนำปอนแบบเปดผสมนำปอนกบไอนำจากเครองกงหนซงทำใหนำปอนทไหลออกมอณหภมเพมถงอณหภมนำอมตว นอกจากนการทความสามารถละลายนำของกาซลดลงตามอณหภมทเพมขนทำใหเครองอนนำปอนแบบเปดทำหนาทเปนเครองกำจดกาซ (deaerator) อณหภมของนำปอนทสงทำใหกาซทละลายในนำปอนอนไดแกO2 และ CO2 ระเหยออกไป ความสามารถกำจดกาซของเครองอนนำปอนแบบเปดวดจากปรมาณ O2 และ CO2 ในนำปอนทไหลออกจากเครอง

รปท 8.5 แสดงสวนประกอบสำคญสามสวนของเครองอนนำปอนแบบเปดสามสวนคอ สวนใหความรอน (heater section) เครองควบแนนชองระบาย (vent con-denser) และสวนเกบนำปอน (storage section) นำจากเครองควบแนนและไอนำจากเครองกงหนจะมาผสมกนทสวนใหความรอน ทำใหไดนำปอนอณหภมสง การระเหยของกาซจะมากหรอนอยขนอยกบอณหภมของนำปอน ถานำปอนมอณหภมถงจดเดอดกาซจะระเหยไปหมด สำหรบวธการผสมนำปอนกบไอนำทใชกนมสองวธ วธแรกพนนำปอนเปนสเปรยเขาไปผสมกบไอนำ วธทสองปลอยใหนำปอนไหลลงบนถาด (trays) ทวางเรยงกนหลายชนโดยไหลสวนทางกบไอนำทไหลขน

ดานบนของสวนใหความรอนมชองระบายกาซ แตจะมไอนำลอยปะปนออกจากชองนไปดวย เพอปองกนการสญเสยไอนำ เครองควบแนนชองระบายจงถกใชควบแนนไอนำ โดยแลกเปลยนความรอนกบนำ ปอน ลกษณะของเครองอาจเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนแบบเปลอกและทอวางอยบนสวนใหความรอน

นำปอนจากการผสมกบไอนำและไอนำ ทเหลอจะไหลลงสดานลางของสวนใหความรอน กอนเขาสสวนเกบนำปอน เครองอนนำปอนขนาดเลกอาจบรรจสวนเกบนำปอนเปนสวนหนงของสวนใหความรอน แตเครองขนาดใหญทงสองสวนจะแยกจากกนโดยใหสวนใหความรอนวางอยบนสวนเกบนำปอนเพอทวาแรงโนมถวงโลกจะทำใหนำปอนไหลจากสวนใหความรอนไปสวนเกบนำปอนเอง

8.3 เครองอนนำปอน 191

รปท 8.5: เครองอนนำปอนแบบเปด

8.3.2 เครองอนนำปอนแบบปด

เครองอนนำปอนแบบปดเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนชนดเปลอกและทอไอนำจากเครองกงหนจะไหลนอกทอและจะควบแนนภายนอกทอ สวนนำปอนจะไหลในทอ เครองอนนำปอนแบบปดอาจแบงเปนเครองอนความดนตำ (LP heater) และเครองอนความดนสง (HP heater) ไอนำทไหลเขาเครองอนความดนสงเปนไอนำยวดยง เครองอนความดนสงจงประกอบดวยสามสวนคอ เครองลดความยวดยงของไอนำ(desuperheater) เครองควบแนน (condensing section) และเครองลดอณหภมนำระ-บาย (drain cooler) ในกรณของเครองอนความดนตำไอนำทไหลเขาเปนไอนำใกลเคยงกบไอนำอมตว ดงนนเครองอนความดนตำจงประกอบดวยเครองควบแนนและเครองลดอณหภมนำระบายเทานน

รปท 8.6 แสดงเครองอนนำปอนแบบปดทมทงสามสวนแยกออกจากกนอยางชดเจน นำปอนไหลตามทอไปเครองลดอณหภมนำระบาย เครองควบแนนและเครองลดความยวดยงของไอนำตามลำดบ ในขณะทไอนำจะไหลสวนทางกบนำปอน ภายในเครองอนนำปอนตดตงแผนกนเพอใหไอนำไหลผานทอหลายครงและเพมประสทธภาพการถายเทความรอนระหวางไอนำกบนำปอน ไอนำยวดยงทไหลเขาเครองลดความยวดยงของไอนำจะกลายเปนไอนำอมตวและไหลออกทางชองเปดเขาสเครองควบแนน ไอนำอมตวจะควบแนนบนผวทอทมนำปอนไหลอยภายใน นำทควบแนนจะตกสดานลางของเครองอนนำปอนและไหลเขาเครองลดอณหภมนำระบายทางชองเปดทอยระหวางเครองควบแนนและเครองลดอณหภมนำระบาย รปท 8.7 แสดงโพรไฟลอณหภมของไอนำและนำปอนในเครองอนนำปอนแบบปด


รปท 8.6: เครองอนนำปอนแบบปด

รปท 8.7: โพรไฟลอณหภมในเครองอนนำปอนแบบปด

เครองอนนำปอนแบบปดอาจจะวางตงหรอวางนอน โรงไฟฟาสวนมากจะวางเครองอนนำปอนในแนวนอน แตการวางตงจะประหยดพนทซงเหมาะกบโรงไฟฟาขนาดเลก เครองทวางนอนจะวางในหองเครองกงหน อยางไรกตามการวางตงทำใหบางสวนของทอจมนำและไมสามารถชวยแลกเปลยนความรอนระหวางไอนำกบนำปอนได

8.3.3 การเลอกใชเครองอนนำปอน

การเพมจำนวนของเครองอนนำปอนจะสงผลใหประสทธภาพของวฏจกรเพมตามไปดวย อยางไรกตามถงแมวาเครองอนนำปอนเครองแรกจะเพมประสทธภาพมาก แตเครองตอมาจะเพมประสทธภาพนอยลงเรอย ๆ ดงนนการเพมเครองอนนำปอนจงควรยตลงเมอพบวาผลประโยชนทไดจากประสทธภาพทเพมขนไมคมกบคาใชจายทเพมขนจากการตดตงเครองอนนำปอนดวย จำนวนเครองอนนำปอนในโรงไฟฟาพลงความรอน

8.4 หอหลอเยน 193

ขนกบกำลงการผลต ตารางท 8.1 แสดงใหเหนวาโดยทวไปโรงไฟฟาขนาดไมเกน 200MW มเครองอนนำปอน 3 ถง 8 เครอง จำนวนเครองอนนำปอนจะเพมขนกวานถาโรงไฟฟามใหญกวา 200 MW

ตารางท 8.1: จำนวนเครองอนนำปอนในโรงไฟฟาพลงความรอน

กำลงการผลต (MW) จำนวนเครองอนนำปอน0 ถง 50 3 ถง 550 ถง 100 5 หรอ 6100 ถง 200 5 ถง 7มากกวา 200 6 ถง 8

เครองอนนำปอนแบบเปดมขนาดใหญและนำหนกมาก อกทงตองการเครองสบนำขนาดใหญสำหรบเครองอนนำปอนแบบเปดแตละเรอง การเลอกใหเครองอนนำปอนในโรงไฟฟาเปนเครองอนนำปอนแบบเปดทงหมดจงมคาใชจายทสงเกนไปและไมเปนทนยม เครองอนนำปอนแบบปดมขนาดเลก ควบคมงาย และสามารถใชเครองสบรวมกนได เครองอนนำปอนสวนใหญในโรงไฟฟาจงเปนแบบปด อยางไรกตามอบางนอยหนงในจำนวนเครองอนนำปอนจะเปนแบบเปดเนองจากมนสามารถใชเปนเครองกำจดกาซในนำปอนได เครองกำจดกาซจะถกวางทความดนกงกลางระหวางความดนสงสดและตำสดในวฏจกรแรงคน เครองอนนำปอนแบบปดทมความดนสงกวานเรยกวาเครองอนความดนสง เครองอนนำปอนแบบปดทมความดนตำกวานเรยกวาเครองอนความดนตำ

8.4 หอหลอเยน

วฏจกรแรงคนจำเปนตองมการถายเทความรอนออกจากวฏจกรดวยสารหลอเยนซงสารหลอเยนทใชกนทวไปกคอนำ ในระบบทงายทสดนำเยนจากแหลงนำธรรมชาตจะไหลเขาไปรบความรอนจากไอนำควบแนนในเครองควบแนนและกลายเปนนำรอนทถกปลอยออกสแหลงนำธรรมชาต ระบบนเรยกวา ระบบไหลผาน (once-through sys-tem) ถงแมวาเปนระบบทคาใชจายตำ แตกทำใหมลภาวะทางความรอน (thermal pollu-tion) ตอแหลงนำได ดงนนโรงไฟฟาสมยใหมจงหลกเลยงระบบนและหนมาใชระบบปด(closed-loop system) ในระบบปดนำหลอเยนทผานเครองควบแนนและมอณหภมสงขนจะถกสงไปหอหลอเยน (cooling tower) เพอระบายความรอนออก กอนไหลเขาเครองควบแนนอกครง ระบบปดสงผลเสยตอสงแวดลอมนอยกวาระบบไหลผานมาก


อยางไรกตามระบบปดอาจยงตองการนำจากแหลงนำธรรมชาต เพอชดเชยการสญเสยนำ หอหลอเยนแบงออกไดเปน 2 ประเภทคอหอหลอเยนเปยก (wet cooling tow-er) และหอหลอเยนแหง (dry cooling tower)

8.4.1 หอหลอเยนเปยก

หอหลอเยนเปยกระบายความรอนสสงแวดลอมโดยอาศยการสมผสกนระหวางอากาศกบนำทไหลสวนทางกนซงทำใหนำบางสวนระเหยเปนไอและสญเสยความรอนแฝงของการกลายเปนไอใหอากาศทถกระบายสสงแวดลอม นำสวนทเหลอจงมอณหภมลดลง สมรรถนะของหอหลอเยนถกกำหนดโดยอณหภมแอปโพรช (approach) และอณหภมพสย (range) อณหภมแอปโพรชคอ ผลตางระหวางอณหภมกระเปาะเปยก(wet-bulb temperature) ของอากาศแวดลอมกบอณหภมนำเยนทไหลออกจากหอ สวนอณหภมพสยคอ ผลตางระหวางอณหภมนำทไหลเขาและไหลออกจากหอ สมรรถนะของหอหลอเยนเปยกขนกบ อณหภมกระเปาะเปยก พนผวทอากาศสมผสกบนำ เวลาทอากาศสมผสกบนำ อตราการไหลของนำและอตราการไหลของอากาศ อณหภมกระ-เปาะเปยกเปนปจจยทอยนอกเหนอการควบคม พนผวทอากาศสมผสกบนำควบคมโดยทำใหนำแตกตวเปนละอองเลก ๆ จำนวนมาก เวลาทอากาศสมผสกบนำควบคมโดยใสวสดขวางการไหลของนำและอากาศซงทำใหนำใชเวลามากขนในการไหลลงและอากาศใชเวลามากขนการไหลขน อตราการไหลของนำถกควบคมโดยเครองสบ สวนวธททำใหอากาศไหลมสองวธคอ วธดราฟตธรรมชาต (natural draft) และวธดราฟตเชงกล (me-chanical draft)

หอหลอเยนแบบดราฟตธรรมชาตทำใหอากาศไหลโดยอาศยความหนาแนนทตางกนของอากาศภายในหอ (�i) และอากาศแวดลอม (�o) ในกรณของหอทสง H ความดนขบเคลอนอากาศ (�p) ทเกดขนมคาเทากบ�p = (�o � �i)gH (8.3)

สมการนแสดงใหเหนวา �p ขนกบสภาวะแวดลอม หอหลอเยนแบบดราฟตธรรมชาตทำงานไดดในอากาศเยนและชนซงมความหนาแนนมากอากาศรอนและแหง หอหลอเยนตองมความสงมากเพอใหเกดความดนขบเคลอนตามตองการ ซงตองมากพอทจะเอาชนะความดนของอากาศทสญเสยไปขณะไหลผานสงกดขวางตาง ๆ ในหอ ในสมยกอนหอไมสงมากนก โครงสรางของหอคลายทรงกระบอกและทำดวยไม แตเมอเวลาผานไป ความสงของหอเพมขนเรอย ๆ การออกแบบหอกไดพฒนามาจนกระทงโครงสรางเปนไฮเพอรโบลา (hyperbola) และทำดวยคอนกรตเสรมเหลก เนองจากโครงสรางนแขงแรงและทนตอกระแสลมด โครงสรางไฮเพอรโบลาไมมผลมากนกตอความสา-


มารถในการถายเทความรอนของหอ รปท 8.8 แสดงแผนภาพของหอหลอเยนทใชดราฟตธรรมชาต จากการทหอหลอเยนแบบดราฟตธรรมชาตอาจสงมากกวา 150 mคากอสรางจงอาจมากกวาหอหลอเยนแบบดราฟตเชงกลถง 2.5-5 เทา แตหอหลอเยนแบบดราฟตธรรมชาตไมตองใชพลงงานขบเคลอนอปกรณเหมอนวธดราฟตเชงกล จงมคาดำเนนการและบำรงรกษาตำ นอกจากนความสงของหอยงแกปญหาการไหลกลบเขาหอของอากาศรอนชนไดมากอกดวย

รปท 8.8: หอหลอเยนเปยกแบบดราฟตธรรมชาต

หอหลอเยนแบบดราฟตเชงกลใชพดลมทำใหอากาศไหลผานหอหลอเยน หอหลอเยนทใชวธดราฟตเชงกลมขอไดเปรยบเหนอวธดราฟตธรรมชาตหลายประการเชน สรางไดงายกวา ลงทนตำกวา ขนาดเลกกวา ตอบสนองตอความตองการนำหลอเยนรวดเรวกวา มความยดหยนในการออกแบบสงกวา แตคาใชจายในการดแลรกษาจะสงกวาเนองจากตองควบคมการทำงานของพดลมและมอเตอร พดลมอาจจะถกตดตงทบรเวณฐานของหอเพอเปาอากาศเขาหอ (forced draft) การตดตงพดลมแบบนมขอดคอความงายในการดแลรกษาทงพดลมและมอเตอรทอยนอกหอ นอกจากนพดลมไมตองประสบกบภาวะทอากาศมอณหภมสงและความชนสงอนจะทำใหพดลมสกกรอน อยางไรกตามการเปาอากาศจะทำใหอากาศกระจายไมทวหอ อกทงยงทำใหเกดการรวไหลของอากาศออกจากหอได ขอเสยทสำคญทสดคออากาศทรอนและชนทออกจากหออาจไหลกลบเขาหอใหม ซงเปนสาเหตใหประสทธภาพของหอดอยลง ปญหานจะบรรเทาลงไปมากถาตดตงพดลมทบรเวณดานบนของหอเพอดดอากาศเขาหอ (induced draft) นเปนเหตผลททำใหการตดตงพดลมแบบนไดรบความนยมสงกวาแบบแรก ทศทางการไหลของละอองนำและอากาศอาจเปนลกษณะไหลสวนทางกน (counter-flow) ดงแสดงในรปท 8.9 หรอ


ไหลตดกน (cross-flow) ดงแสดงในรปท 8.10

รปท 8.9: การไหลแบบสวนทางกนของอากาศและนำในหอหลอเยนเปยก

รปท 8.10: การไหลแบบตดกนของอากาศและนำในหอหลอเยนเปยก

รปท 8.8-8.10 แสดงใหเหนโครงสรางภายในหอหลอเยนแบบเปยก ดานบนของหอตดตงหวฉดทพนละอองนำเขาหอ ดานในของหอมวสดทจดเรยงเปนระเบยบคลาย


ตารางเรยกวาฟล (fill) หรอแพกกง (packing) เพอชวยใหอากาศและละอองนำสมผสกนนานและทวถงขน ฟลหรอแพกกงทำจากวสดทแขงแรง มนำหนกเบาหรอมความหนาแนนตำและมความตานทานการไหลของอากาศตำเพอลดการสญเสยความดนของอากาศ นำเยนทตกลงมาจะถกสะสมในอางคอนกรตดานลางของหอ ซงมเครองสบสำ-หรบสบนำสเครองควบแนน สวนอากาศชนและรอนจะออกจากหอทางดานบน

หอหลอเยนเปยกตองการนำทดแทน (makeup water) เนองจากหอหลอเยนเปยกจะสญเสยอยางตอเนองดวยสาเหตตาง ๆ สาเหตหลกคอ การระเหยของนำซงทำใหระบบสญเสยนำไปในปรมาณ 1-1.5% ของปรมาณนำทไหลเวยนในระบบ การสญ-เสยนำดวยสาเหตนเปนสงจำเปนเพราะการระเหยทำใหนำหลอเยนทไหลออกมอณหภมตำ แตยงมการสญเสยนำจากสาเหตอนทไมไดลดอณหภมของนำทไหลออกจากหอหลอเยนเปยกเหมอนการระเหยของนำ ไดแก

• การสญเสยนำในรปของละอองนำทปนไปกบอากาศ (drift) อปกรณกำจดละอองนำ (drift eliminator) ซงตดตงบรเวณทางออกจากหอหลอเยนเปยกทำใหการสญเสยนำแบบนมปรมาณเพยง 0.03% ของปรมาณนำทไหลเวยน อปกรณนมแผนกน (baffle) ซงทำหนาทบงคบใหอากาศไหลออม ละอองนำทมความหนา-แนนสงกวาอากาศมากกจะโดนดกโดยแผนกนเหลานแลวรวมตวกนเปนหยดนำตกลงสหอ

• การระบายนำบางสวนออกจากหอ (blowdown) เหตผลของการกระทำเชนนกเพอลดความเขมขนของสารแปลกปลอมในนำ ทำนองเดยวกบการระบายนำออกจากถงพกไอนำในเครองกำเนดไอนำ นำทระบายออกคดเปน 1-1.5% ของนำทไหลเวยน

• การรวออกของนำ ซงมเกดจากอายการใชงานทมากของหอหลอเยนเปยกจะทำใหเกดรอยรว ปญหาการสญเสยนำจากการรวจะไมรนแรงถาหอหลอเยนไดรบการบำรงรกษาทด

ปญหาสำคญทสงผลลบตอสมรรถนะของหอหลอเยนเปยกซงทำใหนำหลอเยนทไหลออกจากหอมอณหภมสงกวาคาทออกแบบไว คอ การไหลยอนกลบของอากาศชน(recirculation) และการทำงานรบกวนกนเองของหอหลอเยน (interference) ปญหาแรกเกดจากการทอากาศชนทไหลออกจากหอหลอเยนไหลยอนกลบเขาหอหลอเยนนนปญหานมความรนแรงมากในหอหลอเยนแบบดราฟตเชงกลทใชพดลมเปาอากาศเขาการใชดราฟตเชงกลทใชพดลมดดอากาศออกจะชวยลดความรนแรงของปญหาได ปญหาทสองเกดจากการทอากาศชนทออกจากหอหนงไหลเขาอกหอหนง การวางตำแหนงหอหลอเยนจะชวยแกปญหานได


8.4.2 หอหลอเยนแหง

ความตองการนำทดแทนของหอหลอเยนเปยกทำใหมนอาจจะไมเหมาะกบโรงไฟ-ฟาทตงอยในพนททไมมแหลงนำธรรมชาต ในกรณนหอหลอเยนแหงเปนอกทางเลอกหนงสำหรบระบายความรอนใหโรงไฟฟา หอหลอเยนแหงใชอากาศเปนตวรบความรอนจากนำและไมอาศยการระเหยของนำ ดงนนประสทธภาพในการระบายความรอนจงดอยกวาหอหลอเยนเปยกมาก

การระบายความรอนโดยหอหลอเยนแหงอาจเปนการระบายโดยตรงหรอระบายทางออม ในแบบระบายความรอนโดยตรง ไอนำจากเครองกงหนจะไหลเขาหอทางกลมทอทตดครบ อากาศจะถกเปาใหไหลผานกลมทอดวยความเรวสงเพอทำใหไอนำควบ-แนน ดงนนหอหลอเยนจงทำหนาทเปนเครองควบแนนดวย รปท 8.11 แสดงแผนภาพของหอหลอเยนแหงทระบายความรอนโดยตรง หอหลอเยนทระบายความรอนทางออมแยกเครองควบแนนออกจากหอ รปท 8.12 แสดงการทำงานของหอหลอเยนแหงแบบนนำรอนจากเครองควบแนนจะไหลเขาหอทางกลมทอตดครบ จากนนจะถายเทความรอนใหอากาศทไหลผาน กอนทจะมอณหภมลดลงแลวไหลเขาเครองควบแนนใหม

รปท 8.11: หอหลอเยนแหงแบบระบายความรอนโดยตรง

8.5 ระบบปรบสภาพนำ

ในเครองกำเนดไอนำจะมการสญเสยนำออกไปจากสาเหตตางๆ เชน การถายนำออก (blowdown) เพอลดความเขมขนของเกลอในนำของระบบและเพอกำจดตะกอนการรวซมออกตามรอยราวและรรว การปะปนของไอนำออกไปกบกาซจากเครองกำจด

8.5 ระบบปรบสภาพนำ 199

รปท 8.12: หอหลอเยนแหงแบบระบายความรอนทางออม

กาซ ดงนนจงตองมการใหนำทดแทน (makeup water) เพอควบคมใหปรมาณนำในระบบคงท ปรมาณนำทดแทนประมาณ 1.5-2% ของนำทไหลเวยนในระบบ

นำจากแหลงนำในธรรมชาตจะมสารแปลกปลอมเชน สารแขวนลอย สารอนน-ทรย และกาซปะปนอยดวย ถานำทดแทนถกปลอยใหไหลเขาสเครองกำเนดไอนำโดยไมไดรบการปรบสภาพจะเกดผลเสยตอเครองกำเนดไอนำดงน

• สารแขวนลอยอาจไปอดตนทอหรอไปเกาะผวอปกรณแลกเปลยนความรอน และทำใหประสทธภาพการถายเทความรอนของอปกรณแลกเปลยนความรอนลดลง

• สารอนนทรยทละลายในนำประกอบดวยไอออนบวก 3 ตวไดแก Ca+, Mg2+,Na+ และไอออนลบ 3 ตวไดแก HCO�3 , Cl�, SO2�4 ไอออนเหลานละลายนำไดดทอณหภมตำ แตเมอนำมอณหภมสงขน ไอออนเหลานจะกลายสภาพเปนตะกรน (scale) ไปสะสมทผวทอของอปกรณแลกเปลยนความรอน ตะกรนมสภาพเปนฉนวนซงนอกจากจะลดประสทธภาพของอปกรณแลกเปลยนความรอนแลว ยงอาจสงผลใหทอของอปกรณแลกเปลยนความรอนมอณหภมสงจนอาจเกดความเสยหายได

• กาซทละลายในนำซงไดแก CO2 และ O2 จะทำปฏกรยาเคมกบเหลกซงกดกรอนชนสวนทเปนเหลกในเครองกำเนดไอนำได

การปองกนความเสยหายเหลาน ตองอาศยการปรบสภาพนำจากแหลงธรรมชาต ใหมความบรสทธเพยงพอทจะใชเปนนำปอนใหเครองกำเนดไอนำได

การปรบสภาพนำเรมจากการทำใหสารแขวนลอยในนำตกตะกอนเอง (sedimen-tation) หรอใชสารเคมไปทำใหสารแขวนลอยทมขนาดเลกและไมตกตะกอนเองจบตว


กนเปนสารแขวนลอยขนาดใหญเพอเรงการตกตะกอน (coagulation) หลงจากนนนำทไดจะไหลผานเครองกรองนำเพอใหไดนำดบทปราศจากสารแขวนลอยสำหรบการปรบสภาพนำขนตอไป

การปรบสภาพนำดบเปนนำปอนแบงเปนการปรบสภาพแบบภายใน (internaltreatment) และการปรบสภาพแบบภายนอก (external treatment) ในการปรบสภาพแบบภายใน จะมการเตมสารเคมเขาไปผสมกบนำเพอทำปฏกรยากบสารอนนทรยในนำทำใหเกดตะกอน ซงตะกอนนจะถกดกไวทถงพกไอนำและถกระบายออกจากถงพกไอนำตอไป การปรบสภาพนำดวยวธนมตนทนตำจงนยมใชในโรงไฟฟาขนาดเลก อยาง-ไรกตามวธนอาจลดความกระดางของนำไดไมมากนกและไมสามารถปรบสภาพนำทมความกระดางมาก ๆ ได

วธการปรบสภาพแบบภายนอกทนยมใชอยางแพรหลายคอ กระบวนการแลกเปลยนไอออน (ion exchange process) กระบวนการนใชเรซนไอออนบวก (cationresin) และเรซนไอออนลบ (anion resin) ในการกำจดไอออนบวก (เชน Ca+, Mg2+,Na+) และไอออนลบ (เชน HCO�3 , Cl�, SO2�4 ) ออกจากนำ เรซนทใชเปนของแขงทมลกษณะเปนอนภาคกลมจำนวนมาก เมอนำทมไอออนบวกและไอออนลบไหลผานกจะเกดปฏกรยาเคมดงนทเรซนไอออนบวก

R�H+ + C+ �! R�C+ + H+2R�H+ + C2+ �! R�2 C2+ + 2H+และปฏกรยาเคมดงนทเรซนไอออนลบ

R+OH� + A� �! R+A� + OH�2R+OH� + A2� �! R+2 A2� + 2OH�โดยท

R หมายถงเรซนC หมายถงไอออนบวกเชน Ca+, Mg2+, Na+A หมายถงไอออนลบเชน HCO�3 , Cl�, SO2�4

ปฎกรยาเหลานทำใหไอออนหายไปและถกแทนทดวย H+ และ OH� ซงจะกลายเปนนำบรสทธ (H2O) ในทสด

เรซนทผานกระบวนการแลกเปลยนไอออนไมสามารถแลกเปลยนไอออนไดอกและตองผานกระบวนการคนสภาพ (regeneration) เพอคนความสามารถในการแลกเปลยนไอออน กระบวนการคนสภาพของเรซนไอออนบวกเปนการทำปฏกรยาระหวาง

8.5 ระบบปรบสภาพนำ 201

เรซนทหมดสภาพกบกรดซลฟรก2R�C+ + H2SO4 �! 2R�H+ + C+2 SO2�4R�2 C2+ + H2SO4 �! 2R�H+ + C2+SO2�4

กระบวนการคนสภาพของเรซนไอออนลบเปนการทำปฏกรยาระหวางเรซนทหมดสภาพกบสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด

R+A� + NaOH �! R+OH� + Na+A�R+2 A2� + 2NaOH �! 2R+OH� + Na+2 A2�

ขนตอนการปรบสภาพแบบภายนอกดวยวธแลกเปลยนไอออนเรมตนจากการไหลของนำดบผานเรซนไอออนบวก จากนนนำจะไหลผานเครองกำจดกาซและเรซนไอออนลบ การไหลผานเรซนไอออนบวกและเรซนไอออนลบอาจมมากกวาหนงครงเพราะการไหลผานเรซนแตละครงอาจยงมไอออนตกคางในนำ



1. ฟาวลงในเครองควบแนนเกดจากอะไร

2. การรว เขา เครองควบแนนของอากาศสงผลเสยอยางไรตอสมรรถนะของเครองควบแนน

3. สวนประกอบทสำคญสามสวนของเครองอนนำปอนแบบเปดคออะไรบาง

4. เขยนโพรไฟลอณหภมในเครองอนนำปอนแบบปดทประกอบดวยเครองลดความยวดยงของไอนำ เครองควบแนน และเครองลดอณหภมนำระบาย

5. ทำไมเครองอนนำปอนเกอบทงหมดในโรงไฟฟาจงเปนเครองอนนำปอนแบบปด

6. อะไรคอขอเสยทสำคญทสดของการหลอเยนดวยระบบไหลผานครงเดยว

7. หอหลอเยนเปยกทำใหนำเยนไดอยางไร

8. อณหภมของนำทไหลออกจากหอหลอเยนเปยกจะเปลยนแปลงหรอไม อยางไรถาความชนสมพทธในอากาศแวดลอมเพมขน

9. อะไรคอขอเสยเปรยบของหอหลอเยนแบบดราฟตเชงกลทใชพดลมเปาอากาศเมอเทยบกบแบบทใชพดลมดดอากาศ

10. อะไรคอวธการลดการสญเสยนำของหอหลอเยนในรปของละอองนำทปนไปกบอากาศ

11. ทำไมจงตองมการระบายนำออกจากหอหลอเยนเปยก

12. อธบายการทำงานของหอหลอเยนแหงมาพอสงเขป

13. ในการกำจดกาซทละลายในนำปอน เปาหมายของการกำจดคอกาซใด

14. วธใดใชกำจดเกลอแรทละลายในนำ

15. เมอใชงานไปนาน ๆ เรซนไอออนบวกจะเสอมสภาพ สารใดใชในกระบวนการคนสภาพของเรซนไอออนบวก

บทท 9

อปกรณและระบบควบคม

9.1 ระบบควบคมของโรงไฟฟาพลงความรอน

เนอหาในบทกอนหนานแสดงใหเหนวา โรงไฟฟาสมยใหมไดรบการออกแบบใหทำงานอยางมประสทธภาพสงทสด และสามารถตอบสนองความตองการไฟฟา ทอาจเปลยนแปลงไดตลอดเวลา นอกจากนโรงไฟฟาจะตองมความปลอดภยอยางมากเพราะโรงไฟฟาพลงความรอนใชเชอเพลงในปรมาณมาก ซงอาจกอใหความเสยหายอยางใหญ-หลวงถาเกดอบตเหตททำใหเชอเพลงเหลานเผาไหมโดยปราศจากการควบคม การทจะบรรลวตถประสงคทงสามขอนไดนน จะตองมระบบควบคมทมประสทธผล โรงไฟฟาพลงความรอนมอปกรณหลายอยางทำงานรวมกน ดงนนระบบควบคมของโรงไฟฟาจงมความซบซอนมากและสวนใหญเปนระบบควบคมแบบอตโนมต

การทำงานของอปกรณในโรงไฟฟาพลงความรอนสวนใหญอาศยการไหลของนำไอนำ อากาศและเชอเพลง ตวอยางเชน การไหลของอากาศและเชอเพลงในเตาเผา การไหลของนำและไอนำในถงพกไอนำ การไหลของไอนำในเครองทำไอนำยวดยง การไหลของไอนำในเครองกงหน เปนตน หลกการควบคมอปกรณเหลานจงเปนการใชวาลวเปลยนแปลงอตราการไหลของนำ ไอนำ อากาศและเชอเพลง เพอตอบสนองการเปลยนแปลงของอณหภม ความดน ระดบของเหลว และสวนประกอบในกาซเสย การออกแบบระบบควบคมทเหมาะสมจะทำใหการควบคมมความรวดเรวแตกไมเรวเกนไปจนทำใหอปกรณทำงานอยางไมมเสถยรภาพ

ระบบควบคมอาจแบงเปน ระบบควบคมแบบวงรอบเปด (open-loop control)และระบบควบคมแบบวงรอบปด (closed-loop control) ดงแสดงในรปท 9.1 ระบบควบคมทงสองแบบมวตถประสงคทจะทำใหขอมลออก (output) มคาเทากบขอมลเขา(input) หรอจดปรบตง (set point) สวนประกอบทพบในระบบควบคมทงสองแบบคอ

204 อปกรณและระบบควบคม

ตวควบคม (controller) อปกรณควบคม (control element) และอปกรณกระบวนการ(process equipment) ตวควบคมทำหนาทรบสญญาณจากจดปรบตงและสงสญญาณควบคมออกมา อปกรณควบคมคอ อปกรณปรบอตราการไหลของของไหลทเขาอปกรณกระบวนการ อปกรณควบคมจะรบสญญาณควบคมทมาจากตวควบคมและปรบเปลยนอตราการไหลในอปกรณกระบวนการใหสอดคลองกบสญญาณควบคม อปกรณกระ-บวนการหมายถง อปกรณทถกควบคมใหผลตขอมลออกตามความตองการของระบบควบคม ขอแตกตางระหวางระบบควบคมแบบวงรอบเปดและระบบควบคมแบบวงรอบปดคอ เซนเซอร (sensor) ซงพบในระบบควบคมแบบวงรอบปดซงทำหนาทสงสญญาณทออกจากอปกรณกระบวนการกลบเขาตวควบคม สญญาณนเรยกวา สญญาณปอน-กลบ (feedback) ตวควบคมของระบบควบคมแบบวงรอบปดจะเปรยบเทยบสญญาณปอนกลบกบจดปรบตง และจะสงสญญาณควบคมทแปรผนตามผลตางระหวางสญญาณปอนกลบกบจดปรบตง ดงนนตวควบคมจะใหสญญาณควบคมออกมาตราบเทาทขอมลออกจากอปกรณกระบวนการยงแตกตางกบจดปรบตง

รปท 9.1: ระบบควบคมแบบวงรอบเปดและแบบวงรอบปด

ระบบควบคมแบบวงรอบปดในรปท 9.1 เรยกวา ระบบควบคมแบบปอนกลบ(feedback control) ซงทำงานไดดถาสญญาณรบกวน (disturbance) จากปจจยภายนอกไมไดสงผลตอการทำงานของอปกรณกระบวนการมากนก แตถาไมเปนเชนนนระบบควบคมแบบปอนกลบอาจมการตอบสนองทชา การปรบปรงแกไขใหระบบควบคม

9.2 การวดสมบตของไหล 205

ตอบสนองเรวขนอาจใชวธเพมตวควบคมแบบปอนไปหนา (feedforward controller)ในระบบควบคมแบบปอนกลบดงแสดงในรปท 9.2

รปท 9.2: ระบบควบคมแบบปอนกลบทมการเพมตวควบคมแบบปอนไปหนา

ระบบควบคมแบบตอเรยงกน (cascade control) ในรปท 9.3 ประกอบดวยวงรอบควบคมซอนกนสองวงรอบ วงรอบท 1 คอวงรอบปฐมภม (primary control loop)ควบคมอปกรณกระบวนการท 1 ในขณะทวงรอบท 2 คอวงรอบทตยภม (secondarycontrol loop) ควบคมอปกรณกระบวนการท 2 และตวควบคมท 1 ใหสญญาณควบคมทกลายเปนจดปรบตงของตวควบคมท 2 เปนทนาสงเกตวาวงรอบท 2 มอปกรณควบคมแตวงรอบท 1 ไมม สญญาณรบกวนในอปกรณกระบวนการท 2 สงผลตอการทำงานของอปกรณกระบวนการท 1 และเกดการตอบสนองอยางรวดเรวตอสญญาณรบกวนนผานการทำงานของตวควบคมท 1

9.2 การวดสมบตของไหล

สญญาณปอนกลบในระบบควบคมแบบวงรอบปดเปนสญญาณจากการวดสมบตของของไหลในอปกรณสมบตของของไหลทเกยวของกบระบบควบคมคอ ระดบนำ อณ-หภมและอตราการไหลในกรณทของไหลเปนนำ หรอ ความดน อณหภมและอตราการไหลในกรณทของไหลเปนไอนำและอากาศ เซนเซอรในระบบควบคมแบบวงรอบปดทำ


รปท 9.3: ระบบควบคมแบบตอเรยงกน

หนาทเปนเครองวดระดบนำ ความดน อณหภมหรออตราการไหลจะถกแปลงสญญาณจากการวดทไดเปนสญญาณไฟฟาทสงไปยงตวควบคม

9.2.1 การวดความดน

การวดความดนของของไหลอาจ ใช หลกการ เชงกลหรอหลกการ เชง ไฟฟากไดเครองวดความดนทใชหลกการเชงกลไดแก มาโนมเตอร (manometer) บรดองเกจ(Bourdon gauge) เบลโลวเกจ (bellows gauge) ไดอะแฟรมเกจ (diaphragm gauge)เครองวดความดนทใชหลกการเชงไฟฟาไดแก สเตรนเกจ (strain gauge)

• มาโนมเตอรในรปท 9.4 ประกอบดวยแทงแกวรปตวยทมปลายเปดทงดานซายและดานขวา ภายในบรรจนำหรอของเหลวอน บนแทงแกวมสเกลบอกระดบของเหลวเปนเซนตเมตร เมอปลายดานซายของมาโนมเตอรตอเขากบของไหลทมความดน p1 และปลายดานขวาตอเขากบของไหลทมความดน p2 ซงนอยกวา p2ระดบของเหลวในดานซายจะตำกวาดานขวา ถาผลตางของระดบของเหลวเทากบh และของเหลวมความหนาแนน � ผลตางความดนระหวาง p1 กบ p2 คอp1 � p2 = �gh (9.1)


รปท 9.4: มาโนมเตอร

ในกรณท p2 ความดน p1 ทมาโนมเตอรวดไดจะเปนความดนเกจ แตถา p2 เปนสญญากาศ ความดนทวดไดจะเปนความดนสมบรณ

• บรดองเกจในรปท 9.5 ประกอบดวยทอโลหะขนาดเลกรปตวซ ปลายดานหนงของทอปด สวนปลายอกดานหนงตอเขากบของไหลทตองการวดความดน ถาของไหลมความดนเทากบความดนบรรยากาศ รปทรงของทอจะไมเปลยนแปลง แตเมอของไหลมความดนเพมขน จะเกดแรงดนซงทำใหทอเงยขน ปลายดานปดของบรดองเกจอาจตอเขากบเขมและสเกลบอกความดน การเลอกวสดทอและกลไกการออกแบบการหมนของเขม และการกำหนดสเกลทเหมาะสมสามารถทำใหบรดองเกจวดความดนไดอยางแมนยำ

รปท 9.5: บรดองเกจ

• เบลโลวเกจในรปท 9.6 เปนทอทยดและหดได วสดทใชทำทอมความยดหยนสง


นอกจากนทอยงถกพบเพอเพมความยดหยน ของไหลจะไหลเขาทอจากดานลางความดนของของไหลจะทำใหทอยดตวขน สวนบนของเบลโลวเกจอาจตอเขากบเขมและสเกลบอกความดนเหมอนบวรดอนเกจ

รปท 9.6: เบลโลวเกจ

• ไดอะแฟรมเกจในรปท 9.7 คอแผนดสกนนทขยายตวไดภายใตความดนซงเปนสวนทเรยกวาไดอะแฟรม วสดทใชทำแผนดสกเปนโลหะ กลไกของเขมและสเกลอาจตดตงทไดอะแฟรมเกจไดเชนเดยวกบบรดองเกจและเบลโลวเกจ

รปท 9.7: ไดอะแฟรมเกจ

• สเตรนเกจในรปท 9.8 ประกอบดวยขดลวดโลหะทวางในแนวระนาบ ความตานทานไฟฟาของโลหะแปรผนตามความยาวและแปรผกผนกบความยาวเสนผาศนยกลาง ดงนนถาขดลวดถกกดทบ ความตานทานไฟฟาของมนจะเพมขนเนองจากขดลวดจะยาวขนและมความยาวเสนผาศนยกลางลดลง ความตานทานไฟฟาทวดไดจากขดลวดจง ขนกบแรงและความดน สเตรนเกจอาจ ใช งานรวมกบไดอะ-แฟรมเกจเพราะการขยายตวของแผนดสกในไดอะแฟรมเกจทำใหเกดแรงกดทสเตรนเกจได


รปท 9.8: สเตรนเกจ

การวดความดนทเกดขนบอยครงในโรงไฟฟาคอการวดผลตางความดนระหวางสองตำแหนง ตวสงผานสญญาณผลตางความดน (differential pressure transmitter)เปนอปกรณททำงานตามหลกการวดความดนทกลาวถงขางตน อปกรณจะสงสญญาณไฟฟาในรปของความตางศกยไฟฟาซงแปรผนตามผลตางความดนออกมา อปกรณมกมาพรอมกบวาลวกน (block valve) สองตวและวาลวปรบความดน (equalizing valve)หนงตวดงแสดงในรปท 9.9 การตดตงวาลวสามตวทำใหเครองสงผานสญญาณผลตางความดนถอดออกมาเพอบำรงรกษาไดโดยสะดวก ในสภาพทอปกรณทำงานตามปกตวาลวกนทงสองตวจะเปดในขณะทวาลวปรบความดนจะปด แตถาตองการถอดอปกรณออกมากจะปดวาลวกนและเปดวาลวปรบความดน

รปท 9.9: ตวสงผานสญญาณผลตางความดน (DPT) และวาลวสามตว

9.2.2 การวดระดบของเหลว

ระดบของเหลวเปนเสนแบงระหวางของเหลวและไอหรออากาศทอย เหนอของเหลว เครองวดระดบของเหลวทำงานโดยอาศยการดดวยตาเปลา สมบตเชงสถตศาสตรของของเหลว หรอการวดความดนของเหลว เครองวดระดบของเหลวทสำคญไดแกมาตรวดระดบ (level gauge) เครองวดระดบแบบแทงลอย (displacer level gauge)และเครองวดระดบแบบผลตางความดน (differential pressure level gauge)


• มาตรวดระดบในรปท 9.10 เปนแทงแกวทมสเกลบอกระดบของเหลว มาตรวดระดบตดตงอยนอกถงทบรรจของเหลวโดยทของเหลวสามารถไหลไปมาระหวางมาตรวดระดบกบถงได ถาความหนาแนนของของเหลวในมาตรวดระดบและในถงเทากน ระดบของเหลวในมาตรวดระดบกจะทากบระดบของเหลวในถง อยาง-ไรกตามในกรณทอณหภมของเหลวในมาตรวดระดบตำกวาอณหภมของเหลวในถง ระดบของเหลวในมาตรวดจะตำกวาในถง เนองจากความหนาแนนของเหลวในมาตรวดสงกวาในถง

รปท 9.10: มาตรวดระดบ

• เครองวดระดบแบบแทงลอยในรปท 9.11 เปนทอทตอกบถงบรรจของเหลว ภายในทอมแทงลอยขนาดใหญทมความหนาแนนสงกวาของเหลวและไมทำปฏกรยาเคมกบของเหลว ภายใตสมมตฐานทวาความหนาแนนของเหลวในทอและในถงเทากน ระดบของเหลวในทอและในถงกจะเทากน ระดบของเหลวในทอสามารถการวดโดยชงนำหนกของแทงลอย ระดบของเหลวทสงขนทำใหสวนของแทงลอยทจมของเหลวมากขนและนำหนกของแทงลอยทชงไดจะลดลง

• เครองวดระดบแบบผลตางความดนในรปท 9.12 คอ ตวสงผานสญญาณผลตางความดน ทวดความแตกตางระหวางความดนของเหลว ทกน ถงและ ทระดบของเหลว คาทวดไดใชคำนวณหาระดบของเหลวจากสมการ (9.1) เปนทนาสงเกตวา การวดระดบของเหลว (h) จะถกตองกตอเมอคาความหนาแนนของเหลวทใชในสมการถกตอง ปญหาหนงทอาจเกดขนเมอใชเครองวดระดบแบบนคอ การควบแนนของของเหลวในทอทตอระหวางสวนบนของถงกบ DPT ซงทำใหคาระดบของเหลวทคำนวณไดคลาดเคลอน วธแกไขคอ เตมของเหลวชนดเดยวกบทอยในถงหรอของเหลวอนทหนกกวาในทอนจนเตม จากนนกปรบคาระดบของเหลวทคำนวณไดโดยคำนงถงความดนทเพมขนจากของเหลวทเตมลงไปน


รปท 9.11: เครองวดระดบแบบแทงลอย

รปท 9.12: เครองวดระดบแบบผลตางความดน

9.2.3 การวดอณหภม

อณหภมเปนสมบตของไหลทบงบอกถงระดบพลงงานความรอนในวสด การวดอณหภมโดยตรงเปนเรองยาก ดงนนเครองวดอณหภมจงใชหลกการทพลงงานความรอนในของไหลสงผลตอสมบตทางกายภาพของของไหลหรอสมบตทางกายภาพของวส-ดแขงทอยในสภาวะสมดลความรอนกบของไหล เครองวดอณหภมทสำคญไดแก เครองวดอณหภมแบบโลหะค (bimetallic thermometer) เครองวดอณหภมแบบกระเปาะ(filled-bulb thermometer) ตววดอณหภมแบบความตานทานไฟฟา (resistance tem-perature detector หรอ RTD) เทอรมสเตอร (thermistor) เทอรโมคปเปล (thermo-couple) และเซนเซอรวดอณหภมดวยแสง (optical temperature sensor)

• รปท 9.13 แสดงหลกการทำงานของเครองวดอณหภมแบบโลหะค แผนโลหะสองชนดมความยาวเทากนทอณหภมอางองและมความยาวเพมขนเมออณหภมสงขนแตแผนโลหะทงสองชนดขยายตวไมเทากน เมอนำแผนโลหะสองชนดมาประกบ


กนจะพบวา แผนโลหะจะโคงตวเมออณหภมสงกวาอณหภมอางอง ถานำแผนโลหะทประกบกนนมาบดเปนเกลยวกจะพบวาความสงของเกลยวจะเพมขนตามอณหภม ถานำเกลยวโลหะนมาตอเขากบกลไก เขมและสเกลบอกอณหภม กจะไดเครองวดอณหภมแบบโลหะค

รปท 9.13: หลกการทำงานของเครองวดอณหภมแบบโลหะค

• รปท 9.14 แสดงเครองวดอณหภมแบบกระเปาะ สวนประกอบหลกของเครองนคอกระเปาะและสวนพบยด (bellows) ทตอกบกระเปาะในแนวดง ภายในเครองบรรจของไหลซงอาจเปนของเหลว กาซหรอของผสมระหวางของเหลวกบไอ อณ-หภมทกระเปาะจะสงผลใหของไหลขยายตวและดนใหสวนพบยดยดตวขน การยดตวนสามารถขบเคลอนกลไกเขมทระบอณหภมบนสเกลไดเหมอนกบเครองวดอณหภมแบบโลหะค

รปท 9.14: เครองวดอณหภมแบบกระเปาะ


• RTD ทำจากโลหะ ในขณะทเทอรมสเตอรทำจากออกไซดของโลหะ วสดทงสองประเภทมความตานทานไฟฟาทเปลยนแปลงตามอณหภม โลหะมความตานไฟฟาเพมขนเมออณหภมสงขน ออกไซดของโลหะมความตานทานไฟฟาทอาจเพมหรอลดเมออณหภมสงขน การวดอณหภมดวยวธนตองมตารางเทยบความตานทานไฟฟากบอณหภม แตการเทยบคาและการแสดงคาเปนไปอยางรวดเรวเพราะใชระบบอเลกทรอนกส การวดอณหภมดวย RTD และเทอรมสเตอรจงใหคาทแมน-ยำและรวดเรว อยางไรกตามวธนไมเหมาะกบการวดอณหภมทสงมากเกนไป

• เทอรโมคปเปลวดอณหภมไดไมแมนยำเทาตววดอณหภมแบบความตานทานไฟฟาและเทอรมสเตอร แตมความทนทานมากกวาและวดอณหภมไดสงกวา หลกการทำงานของเทอรโมคปเปลคอ ปรากฏการณซเบค (Seebeck effect) ซงเปนการเกดความตางศกยไฟฟาระหวางเสนลวดสองเสนททำจากโลหะตางชนดกนทมปลายสองดานตอเขาดวยกนและอณหภมทขอตอสงกวาอณหภมแวดลอม รปท 9.15 แสดงใหเหนวา เมอนำเสนลวดเหลกมาตอเสนลวดทองแดงและเพมอณหภมทขอตอ เสนลวดเหลกจะกลายเปนขวบวกและเสนลวดทองแดงจะกลายเปนขวลบ ความตางศกยไฟฟาแปรผนตามอณหภม ดงนนวธนจงใชวดอณหภมได อยางไรกตามในทางปฏบตอาจมขอตอระหวางโลหะตางชนดกนมากกวาหนงขอตอดงแสดงในรปท 9.16 ความตางศกยทวดไดจะเทากบ V1 � V2 โดยท V1คอความตางศกยทขอตอท 1 และ V2 คอความตางศกยทขอตอท 2 ถาอณหภมทขอตอท 2 เทากบ 0ÆC โดยใหขอตอท 2 แชในนำแขงทกำลงละลาย V2 จะมคาเปนศนย ความตางศกยทวดไดจะเทากบ V1 และเทอรโมคปเปลจะใหคาอณหภมทขอตอท 1 อยางถกตอง แตในทางปฏบตเปนเรองยงยากทจะใหขอตอท 2 แชในนำแขงทกำลงละลาย ถาปลอยใหขอตอท 2 อยทอณหภมแวดลอม เทอรโมคปเปลจะใหคาอณหภมทขอตอท 1 ทคลาดเคลอนไดถาอณหภมแวดลอมไมเทากบ 0ÆC วธแกไขคอ ใช RTD วดอณหภมทขอตอท 2 และแปลงสญญาณทไดเปนคา V2 เมอนำความตางศกยนไปรวมกบความตางศกยทวดได ความตางศกยสทธจะเทากบ V1 และเทอรโมคปเปลจะใหคาอณหภมทขอตอท 1 อยางถกตอง

ในการวดอณหภมของไหลเพอใหไดผลทถกตองและรวดเรวนน เครองวดอณห-ภมควรสมผสกบของไหล แตมบางกรณทเครองวดอณหภมไมควรสมผสกบของไหลเชนกรณทของไหลอยในทอความดนสง และกรณทของไหลมความสามารถกดกรอนสง ในกรณดงกลาวจะตองมสงปองกนเครองวดอณหภมไมใหสมผสของไหลเรยกวา เทอรโม-เวล (thermowell) รปท 9.17 แสดงการตดตงเครองวดอณหภมในเทอรโมเวล เทอรโม-เวลทำจากโลหะทนำความรอนไดด เครองวดอณหภมจะตองสมผสอยางแนบชดกบเทอร โมเวลเพอใหอณหภม ทวดไดถกตอง อยางไรกตามการตอบสนองของเครองวด


รปท 9.15: เทอรโมคปเปล

รปท 9.16: เทอรโมคปเปลทมสองขอตอ

รปท 9.17: การตดตงเครองวดอณหภมในเทอรโมเวลเพอวดอณหภมของไหลในทอ

อณหภมตอการเปลยนแปลงอณหภมของไหลจะชาลง


9.2.4 การวดอตราการไหล

อตราการไหลอาจวดเปนมวลตอเวลาซงหมายถงอตราการไหลเชงมวล หรอวดเปนปรมาตรตอเวลาซงหมายถงอตราการไหลเชงปรมาตร คำวา อตราการไหลอาจจะหมายถงอตราการไหลเชงมวลหรออตราการไหลเชงปรมาตรกได โดยทวไป อตราการไหลของกาซมกจะหมายถงอตราการไหลเชงมวล แตอตราการไหลของของเหลวมกจะหมายถงอตราการไหลเชงปรมาตรเนองจากอตราการไหลเชงมวลสามารถคำนวณไดจากผลคณของอตราการไหลเชงปรมาตรกบความหนาแนนของเหลว การวดอตราการไหลของของไหลมความสำคญอยางยงตองานวศวกรรมทกสาขา ดวยเหตนจงมวธวดอตราการไหลหลายวธเพอตอบสนองความตองการทหลากหลาย เครองวดอตราการไหลทน-ยมใชอาจแบงเปนสามกลมหลกคอ เครองวดอตราการไหลแบบผลตางความดน (pres-sure-difference flow meter) เครองวดอตราการไหลแบบความเรว (velocity-basedflow meter) และเครองวดอตราการไหลแบบดดปลอย (positive-displacement flowmeter)

เครองวดอตราการไหลแบบผลตางความดน

เครองวดอตราการไหลแบบผลตางความดนวดอตราการไหลผานผลตางความดนทเกดขนระหวางการไหลของของไหลผานเครอง โดยใชตวสงผานสญญาณผลตางความดน (DPT) ควบคกบอปกรณททำใหเกดการเปลยนความดนของไหล โดยผลตางความดนทวดไดสามารถใชคำนวณความเรวเฉลยของของไหลและอตราการไหลได เครองวดอตราการไหลแบบนทสำคญไดแก เครองวดแบบแผนชอง (orifice meter) ทอเวนจ-ร (Venturi tube) ทอหวฉด (flow nozzle) และเครองวดแบบขอตอ 90Æ (elbowmeter) ทอพโทต (Pitot tube) ทอพโทตเฉลย (averaging Pitot tube) และทอแอนนบาร (Annubar)

• แผนชองคอ แผนเรยบรปวงกลมทมขนาดใหญกวาเสนผาศนยกลางของทอเลกนอยและเจาะชองตรงกลาง แผนชองมหลายแบบขนกบรปทรงของชองเจาะดงแสดงในรปท 9.18 และลกษณะขอบของชองเจาะดงแสดงในรปท 9.19 ชองทเจาะนมขนาดเลกกวาทอจงทำหนาทขดขวางการไหลของของไหลในทอและทำใหเกดผลตางความดน รปท 9.20 แสดงการตดตงแผนชองในการวดอตราการไหลอตราการไหลมคาแปรผนตามรากทสองของผลตางความดนตามสมการ (9.2)Q = krp1 � p2� (9.2)


โดยท k คอ คาคงททขนกบรปทรงของชองเจาะ ลกษณะขอบของชองเจาะและอตราสวนระหวางความยาวเสนผาศนยกลางของชองเจาะ (d) ตอความยาวเสนผาศนยกลางในของทอ (D) หรออตราสวนเบตา (� = d=D)

รปท 9.18: การจำแนกแผนชองตามรปทรงของชองเจาะ

รปท 9.19: การจำแนกแผนชองตามลกษณะขอบของชองเจาะ

• ทอเวนจรเปนทอสนทมพนทหนาตดไมคงทดงแสดงในรปท 9.21 จะเหนวาพนทหนาตดมคามากทสดทปลายสองดานของทอและมคานอยทสดตรงกลางทอซงเรยกวาคอคอด (throat) ของไหลทไหลผานทอเวนจรจะมความเรวตำทสดตรงทางเขาทอและมความเรวสงสดทคอคอด ดงนนความดนของไหลจงมคามากทสด


รปท 9.20: การตดตงแผนชองในการวดอตราการไหล

ตรงทางเขาและมคานอยทสดทคอคอด ผลตางระหวางความดนสามารถใชคำนวณหาอตราการไหลไดดวยสมการ (9.2) โดยคา k ขนกบอตราสวนระหวางพนทหนาตดของคอคอดตอพนทหนาตดททางเขาทอ

รปท 9.21: ทอเวนจร

• ทอหวฉดเปนทอสนทมพนทหนาตดลดลงจากทางเขาไปทางออก ทอหวฉดสา-มารถตดตงในระบบวดอตราการไหลไดงายเหมอนกบแผนชอง และการใชงานกเหมอนกบแผนชอง รปท 9.22 แสดงการตดตงทอหวฉด

• ขอตอ 90Æ ในรปท 9.23 สามารถใชวดอตราการไหลไดเนองจากความดนของของไหลทรศมในและรศมนอกของขอตอไมเทากนอนเปนผลมาจากการทมแรงเหวยงหนศนยกลางกระทำตอของไหลทไหลผานขอตอทำใหความเรวของของไหลทรศมนอกมากกวาทรศมใน

• ทอพโทตมหลกการทำงานทตางกบเครองวดทกลาวถงขางตนเลกนอย เครองวดอตราการไหลเหลานนใชผลตางความดนทเกดจากการทของไหลมความเรวเพม


รปท 9.22: ทอหวฉด

รปท 9.23: ขอตอ 90Æมอไหลผานสงกดขวาง ในทางตรงขาม ทอพโทตทำใหของไหลมความเรวลดลงจนหยดนงซงจะทำใหความดนของไหลเพมขน ผลตางความดนทเกดขนกจะสา-มารถใชหาความเรวเฉลยและอตราการไหลได อปกรณหนงทใชวดอตราการไหลดวยหลกการนคอ รปท 9.24 แสดงใหเหนวา ทอพโทตประกอบดวยสวนโคง90Æ เขาหาของไหล ของไหลมความดนเทากบความดนสถต (p1) กอนไหลเขาทอพโทต แตของไหลจะมความเรวลดลงและความดนเพมขนหลงจากไหลเขาทอพโทต ถาความเรวลดลงเปนศนย ความดนของไหลจะเพมขนเทากบความดนรวม(total pressure) ซงมคาเทากบp2 = p1 + 12�V 2 (9.3)


โดยท V คอความเรวของไหล อตราการไหลของของไหลคำนวณไดดงนQ = As2(p2 � p1)� (9.4)

โดยท A คอ พนทหนาตดของทอ

รปท 9.24: ทอพโทต

• ทอพโทตเฉลยในรปท 9.25 มขอไดเปรยบทอพโทตตรงท ความออนไหวของความแมนยำในการวดอตราการไหลตอตำแหนงของทอของทอพโทตเฉลยนอยกวาทอพโทต ทอพโทตเฉลยเปนทอขนาดเลกทไมไดมสวนโคง 90Æ เหมอนทอพโทตแตมรหลายรทดานหนาทปะทะของไหล ดงนนความเรวทวดโดยทอพโทตเฉลยจงเปนความเรวเฉลยของของไหลแทนทจะเปนความเรวเฉพาะตำแหนงทวดไดโดยทอพโทต

• ทอแอนนบารพฒนาขนจากทอพโทตเฉลย รปท 9.26 แสดงใหเหนวา ทอแอน-นบารเปนทอขนาดเลกทภายในมการแบงเปนสองสวนดวยแผนกน ดานหนาและดานหลงของแอนนบารมรปหลายร ความดนทสวนหนาเทากบความดนรวมและความดนทสวนหลงเทากบความดนสถต

เครองวดอตราการไหลแบบความเรว

หลกการทำงานของเครองวดอตราการไหลแบบความเรวคอ ใชวธเชงกลและไฟฟาวดความเรวของของไหล กอนทจะตำนวณอตราการไหลจากคสามเรวทวดได เครองวดอตราการไหลแบบนทสำคญไดแก เครองวดแบบกงหน (turbine flow meter) เครองวด


รปท 9.25: ทอพโทตเฉลย

รปท 9.26: แอนนบาร

แบบกระแสวน (vortex flow meter) และเครองวดแบบแมเหลก (magnetic flow me-ter)

• เครองวดแบบกงหนในรปท 9.27 ประกอบดวยกงหนทวางขวางการไหลในทอความเรวรอบของกงหนจะแปรผนตามความเรวของของไหล เซนเซอรทำหนาทวดความเรวรอบของกงหนดวยแสงหรอแมเหลก และสงสญญาณไปทตวประมวลผลซงใหคาอตราการไหล เครองวดแบบกงหนสามารถวดอตราการไหลไดอยางแมนยำ แตไมเหมาะกบการใชงานในของไหลทมอนภาคของแขงปะปนอยเพราะอนภาคเหลานอาจทำใหใบพดสกกรอนได

• เครองวดแบบกระแสวนในรปท 9.28 ประกอบดวยวตถทรงกระบอกทมหนาตดรปสเหลยมจตรสหรอวงกลมวางขวางการไหลในทอ เมอของไหลไหลผานวตถนกจะเกดกระแสวน (vortex) ในของไหลทผานวตถไปแลว กระแสวนจะสงผลให


รปท 9.27: เครองวดแบบกงหน

เกดการเปลยนแปลงความดนในบรเวณทมกระแสวน ตวสงสญญาณและตวรบสญญาณจะวดการเปลยนแปลงความดนของไหลทเกดขนซงมลกษณะเปนคลนและมความถทขนกบความเรวของของไหล ขอจำกดของเครองวดแบบกระแสวนคอ ความเรวของของไหลจะตองไมมคาตำเกนไปเพราะกระแสวนจะเกดขนกตอ-เมอของไหลมความเรวทมากพอ

รปท 9.28: เครองวดแบบกระแสวน

• เครองวดแบบแมเหลกในรปท 9.29 ใชหลกการการเหนยวนำสนามไฟฟาเมอของไหลทนำไฟฟาไดเคลอนทตงฉากกบสนามแมเหลก สนามไฟฟาในของไหลทำใหเกดความตางศกยไฟฟาทวดไดดวยโวลตมเตอร ความตางศกยนเพมขนตามความเรวของของไหล เครองวดแบบแมเหลกไมสามารถวดอตราการไหลของของไหลทไมนำไฟฟาเชน กาซ นำมนหรอนำทผานกระบวนการกำจดไอออนแลว


รปท 9.29: เครองวดแบบแมเหลก

เครองวดอตราการไหลแบบดดปลอย

เครองวดแบบดดปลอยใชวดอตราการไหลของของเหลว การทำงานของเครองวดแบบนมสามจงหวะคอ (1) ดดของเหลวเขาเครองในปรมาณคงทและกนไมใหของเหลวสวนเกนเขามาได (2) ลำเลยงของเหลวทกกเกบไดจากทางเขาไปทางออก และ (3) ปลอยของเหลวออกจากเครอง กลไกททำงานดวยหลกการนมหลายกลไกซงทำใหเครองวดแบบดดปลอยมหลายรปแบบ รปท 9.30 แสดงการทำงานเครองวดแบบเฟอง (gear flow meter) ซงเปนเครองวดแบบดดปลอยชนดหนง เฟองตวบนหมนตามเขมนาฬกา และเฟองตวลางหมนตามเขมนาฬกา การหมนของเฟองทงสองตวจะดดของเหลวใหไหลเขา ของเหลวจะกกเกบในชองวางระหวางฟนเฟอง และถกลำเลยงไปยงทางออก การหมนของเฟองหนงรอบมความสมพนธกบปรมาณของเหลวทไหลผานเครอง ดงนนความเรวรอบจงใชคำนวณอตราการไหลได

9.3 ระบบควบคมภาระ

ในโรงไฟฟาพลงความรอนมอปกรณหลกสามอปกรณทำงานรวมกนไดแก หมอไอนำ เครองกงหนและเครองกำเนดไฟฟา หมอไอนำทำหนาทจายไอนำใหแกเครองกง-หนซงผลตพลงงานกลทใชเดนเครองกำเนดไฟฟา ดงนนความตองการไฟฟาจากเครองกำเนดไฟฟาทเพมขนจงหมายความวาหมอไอนำตองผลตไอนำเพมขนตามไปดวย โรงไฟฟาทวไปเชอมโยงกบโครงขายไฟฟาซงผลตกระแสไฟฟาทความถคาหนง ในประเทศไทยคาความถนคอ 50 Hz คาความถในระบบโครงขายไฟฟาอาจใชเปนสญญาณควบคมท

9.3 ระบบควบคมภาระ 223

รปท 9.30: การทำงานของเครองวดแบบเฟอง

บอกวาระบบตองการการผลตพลงงานไฟฟาเพมขนหรอลดลง ความถทลดลงตำวา 50Hz แสดงวา ความตองการใชไฟฟามมากจนระบบไมสามารถจายไฟไดทนความตองการดงนนระบบจงตองการการผลตไฟฟาทเพมขน ในทางตรงกนขาม ความถทเพมขนมากกวา 50 Hz แสดงวา ความตองการใชไฟฟามนอย และระบบกำลงจายไฟเกนความตองการ ดงนนระบบจงตองการการผลตไฟฟาทลดลง ระบบโครงขายไฟฟามโรงไฟฟาหลายโรงทจายไฟเขาระบบ จงตองมศนยควบคมการจายไฟฟาซงทำหนาทสงใหโรงไฟฟาแหงใดแหงหนงเพมการผลตไฟฟาในกรณทความตองการไฟฟาของระบบเพมขนหรอลดการผลตไฟฟาในกรณทความตองการไฟฟาของระบบลดลง ในแตละกรณโรงไฟฟาแหงนนจะไดรบสญญาณความตองการภาระ (load demand signal) จากศนยควบคมการจายไฟฟา และใชสญญาณนเปนสญญาณควบคมในระบบควบคมภาระของโรงไฟฟา

ระบบควบคมภาระแบงเปนสามแบบคอ ระบบควบคมภาระแบบหมอไอนำตามเครองกงหน (boiler-following control) แบบเครองกงหนตามหมอไอนำ (turbine-following control) และแบบประสาน (coordinated control)

• รปท 9.31 แสดงแผนภาพของระบบควบคมภาระแบบหมอไอนำตามเครองกงหนตวควบคมภาระ (EC) ใชจดปรบตงภาระ (load set point) หรอสญญาณความตองการภาระ ในการ ควบคม อปกรณควบคม ไอนำ หรอ วาลว ควบคม ให เปลยนแปลงอตราการไหลของไอนำเขาเครองกงหนในทศทางทสอดคลองกบจดปรบตงภาระ เซนเซอรวดภาระ (ET) หนาทสงสญญาณทระบถงภาระของเครองกำเนดไฟฟากลบไปท EC เพอใหระบบควบคมเปนระบบควบคมแบบปอนกลบ การควบคมการผลตไอนำในหมอไอนำเปนหนาทของตวควบคมความดน (PC) เพอใหความดนของไอนำทไหลออกจากหมอไอนำเทากบจดปรบตงความดน (pres-sure set point) อตราการผลตไอนำขนกบอตราการเผาไหมเชอเพลงในหมอไอนำ


ดงนน PC จะสงสญญาณใหอปกรณควบคมไอนำเชอเพลงและอากาศเพมอตราการไหลของเชอเพลงและอากาศถาความดนไอนำทตรวจวดไดโดยเซนเซอรความดน (PT) นอยกวาจดปรบตงความดน หรอสงสญญาณใหอปกรณควบคมไอนำเชอเพลงและอากาศ ลดอตราการไหลของเชอเพลงและอากาศถาความดนไอนำทตรวจวดไดโดย PT มากกวาจดปรบตงความดน เครองกงหนและเครองกำเนดไฟฟาในระบบควบคมภาระแบบนสามารถตอบสองการเปลยนแปลงภาระไดอยางรวดเรว แตการตอบสนองของหมอไอนำคอนขางชาเนองจาก PC ไมไดรบสญ-ญาณความตองการภาระโดยตรง

• รปท 9.32 แสดงแผนภาพของระบบควบคมภาระแบบเครองกงหนตามหมอไอนำEC ในระบบควบคมภาระแบบนจะควบคมอตราการไหลของเชอเพลงและอากาศในหมอไอนำโดยตรงซงทำใหหมอไอนำตอบสนองตอการเปลยนแปลงภาระอยางรวดเรว อยางไรกตามการตอบสนองของเครองกงหนและเครองกำเนดไฟฟาจะคอนขางชาเพราะการควบคมอตราการไหลของไอนำโดย PC จะตองรอใหเกดการเปลยนแปลงในหมอไอนำกอน

• ระบบควบคมภาระทหมอไอนำ เครองกงหนและเครองกำเนดไฟฟาสามารถตอบสนองตอการเปลยนแปลงภาระอยางรวดเรวคอระบบควบคมแบบประสานในรปท 9.33 สญญาณความตองการภาระจะสงเขา EC เพอควบคมอตราการไหลของไอนำเขาเครองกงหน และสงไปรวมกบจดปรบตงความดนเพอควบคมการเผาไหมในหมอไอนำ

รปท 9.31: ระบบควบคมภาระแบบหมอไอนำตามเครองกงหน

9.4 ระบบควบคมการเผาไหม 225

รปท 9.32: ระบบควบคมภาระแบบกงหนตามหมอไอนำ

รปท 9.33: ระบบควบคมภาระแบบประสาน

9.4 ระบบควบคมการเผาไหม

ระบบควบคมการเผาไหมทำหนาทเพมหรอลดการเผาไหมและอตราการไหลของไอนำตามสญญาณความตองการภาระทสงมาจากระบบควบคมภาระ อยางไรกตามระ-บบควบคมการเผาไหมมหนาทสำคญอกประการหนงคอ ควบคมการเผาไหมในเตาเผา


มความปลอดภย อบตเหตทอาจเกดขนมสาเหตจากการทมเชอเพลงในเตาเผาในสดสวนทมากเกนไปเมอเทยบกบอากาศ ดงนนวธทไดผลในการปองกนไมใหเกดการเผาไหมทไมตองการคอ ทำใหสดสวนอากาศตอเชอเพลงในเตาเผามคามาก ในสภาวะปกต อตราสวนอากาศตอเชอเพลงถกกำหนดใหมคาทเหมาะสม แตเมอมความตองการการเผาไหมเพมขน อตราการไหลของอากาศและเชอเพลงกตอเพมตามไปดวย ระบบควบคมการเผาไหมจะเพมอตราการไหลของอากาศกอนเชอเพลงเพอใหสดสวนอากาศตอเชอเพลงไมตำจนอาจเกดความไมปลอดภย และเมอมความตองการการเผาไหมลดลง ระบบควบ-คมการเผาไหมกจะลดอตราการไหลของเชอเพลงกอนอากาศ ดงแสดงในรปท 9.34

รปท 9.34: การเปลยนแปลงอตราการไหลของเชอเพลงและอากาศในระบบควบคมการเผาไหม

ระบบควบคมทสามารถทำใหการเปลยนแปลงอตราการไหลเปนไปตามรปท 9.34ใชการควบคมแบบไขวกน (cross-limited control) รปท 9.35 แสดงแผนภาพของการควบคมแบบน จะเหนวาระบบควบคมนมเซนเซอรวดอตราการไหล (FT) สำหรบเชอเพลงและอากาศ และตวควบคมอตราการไหล (FC) ของเชอเพลงและอากาศเขาเตาเผานอกจากนยงมตวเลอกสญญาณสองตว ดานซายเปนตวเลอกสญญาณทนอยกวา (lowselect) ระหวางสญญาณความตองการภาระกบสญญาณอตราการไหลของอากาศเขาเตาเผา สญญาณทออกจากตวเลอกสญญาณดานซายจะเปนจดปรบตงของตวควบคมเชอเพลง ดานขวาเปนตวเลอกสญญาณทมากกวา (high select) ระหวางสญญาณความตองการภาระกบสญญาณอตราการไหลของเชอเพลงเขาเตาเผา สญญาณทออกจากตวเลอกสญญาณดานขวาจะเปนจดปรบตงของตวควบคมอากาศ ในสภาวะปกต สญญาณ

9.4 ระบบควบคมการเผาไหม 227

ความตองการภาระ สญญาณอตราการไหลของอากาศ และสญญาณอตราการไหลของเชอเพลงมคาเทากนทงสามสญญาณซงทำใหอตราการไหลของอากาศและเชอเพลงมคาคงท สญญาณความตองการภาระทเปลยนไปจะสงผลดงน

รปท 9.35: การควบคมแบบไขวกนในระบบควบคมการเผาไหม

• ในกรณทสญญาณความตองการภาระมคาเพมขน ตวเลอกสญญาณดานขวาจะเลอกสญญาณความตองการภาระและจดปรบตงของตวควบคมอากาศจะมคาเพมขน ผลทตามมาคอ อตราการไหลของอากาศเขาเตาเผาจะเพมขน อยางไรกตามจะไม ม การ เปลยนแปลง ของ อตรา การ ไหล ของ เชอเพลง ใน เบองตน เนองจากตวเลอกสญญาณดานซายไมไดเปลยนคาจดปรบตง แตเมออตราการไหลของอา-กาศเพมขนถงระดบหนง จดปรบตงของตวควบคมเชอเพลงจะเรมเพมขนซงสงผลใหอตราการไหลของเชอเพลงเพมขน จนในทสดอตราการไหลของอากศและเชอเพลงจะคงทและมคาสอดคลองกบสญญาณความตองการภาระทเพมขนจากคาเดม กราฟการเปลยนแปลงของอตราการไหลของอากาศและเชอเพลงจงเปนไปตามรปท 9.34 เมอความตองการการเผาไหมเพมขน กลาวคอ อตราการไหลของอากาศเพมขนกอนอตราการไหลของเชอเพลง

• ในกรณทสญญาณความตองการภาระมคาลดลง ตวเลอกสญญาณดานซายจะเลอกสญญาณความตองการภาระและจดปรบตงของตวควบคมอากาศจะมคาลดลง ผลทตามมาคอ อตราการไหลของเชอเพลงเขาเตาเผาจะลดลง อยางไรกตาม


จะไมมการเปลยนแปลงของอตราการไหลของอากาศในเบองตนเนองจากตวเลอกสญญาณดานขวาไมไดเปลยนคาจดปรบตง แตเมออตราการไหลของเชอเพลงลดลงถงระดบหนง จดปรบตงของตวควบคมอากาศจะเรมลดลงซงสงผลใหอตราการไหลของอากาศลดลง กราฟการเปลยนแปลงของอตราการไหลของอากาศและเชอเพลงจงเปนไปตามรปท 9.34 เมอความตองการการเผาไหมลดลง อตราการไหลของเชอเพลงลดลงกอนอตราการไหลของอากาศ

9.5 ระบบควบคมความดนในเตาเผา

ระบบไหลเวยนของอากาศและกาซเสยในโรงไฟฟาประกอบดวยพดลมเปาและพดลมดดทำงานรวมกน พดลมเปาตดตงททางเขาเตาเผา สวนพดลมดดตดตงททางออกเตาเผา ความดนภายในเตาเผาถกออกแบบใหมคาตำกวาความดนบรรยากาศเลกนอยการควบคมพดลมเปาเปนหนาทของระบบควบคมการเผาไหม รปท 9.36 แสดงใหเหนวา ระบบควบคมความดนในเตาเผาจะวดความดนในเตาเผาดวยเซนเซอรความดน (PT)และสงสญญาณไปทตวควบคมพดลมดด (PC) จดปรบตงของตวควบคมความดนเปนคาความดนทเหมาะสมในเตาเผา ความดนในเตาเผาอาจเปลยนแปลงจากการเพมขนหรอลดลงของการเผาไหมซงทำใหความดนในเตาเผาแตกตางกบจดปรบตงและ PC จะปรบการทำงานของพดลมดดเพอใหความดนในเตาเผาเปลยนกลบไปเปนคาทเหมาะสมอกครงหนง อยางไรกตาม การตอบสนองของพดลมดดอากาศไมรวดเรวเทาทควรเนองจากPC ตองรอใหมการเปลยนแปลงความดนในเตาเผากอนเรมทำงาน การใชสญญาณปอนไปหนาจากอตราการไหลของอากาศผานพดลมเปาในระบบควบคมความดนในเตาเผาจะทำใหการตอบสนองของระบบควบคมรวดเรวขน รปท 9.36 แสดงใหเหนวาสญญาณจากตวควบคมความดนและสญญาณปอนไปหนาจะรวมกนควบคมการทำงานของพดลมดด

9.6 ระบบควบคมระดบนำในถงพกไอนำ

ถงพกไอนำทำหนาทแยกไอนำอมตวออกจากนำอมตว นำอมตวจะอยดานลางของถง ในขณะทไอนำอมตวจะอยดานบน ไอนำอมตวจะไหลออกจากถงไอนำสเครองทำไอนำยวดยง นำปอนตองจะไหลผานเครองประหยดเชอเพลง ในปรมาณทเทากนเพอรกษาระดบนำในถงใหคงท ระดบนำทเหมาะสมจะอยประมาณกงกลางของถง ระดบนำทสงเกนไปสงผลเสยตอประสทธภาพการแยกไอนำออกจากนำซงทำใหปรมาณละอองนำทลอยปะปนไปกบไอนำออกจากถงพกไอนำเพมขน ละอองนำเหลานจะไประเหยเมอ

9.6 ระบบควบคมระดบนำในถงพกไอนำ 229

รปท 9.36: ระบบควบคมความดนในเตาเผา

ไหลผานเครองทำไอนำยวดยงและกลายเปนคราบตะกรนเกาะทผวทอของเครองทำไอนำยวดยง ระดบนทตำเกนไปสงผลเสยตออายการใชงานของทอนำทตอเขาถงพกไอนำเนองจากความรอนททอไดรบเพมขนจะทำใหอณหภมทอสงขน

ระบบควบคมระดบนำทงายทสดคอ ระบบควบคมแบบหนงองคประกอบ (single-element control) ดงแสดงในรปท 9.37 ระบบนใชเซนเซอรวดระดบของเหลว (LT)วดระดบนำในถงพกไอนำและสงสญญาณไปทตวควบคมระดบของเหลว (LC) ซงจะควบคมอตราการไหลเขาของนำปอนผานอปกรณควบคมถาระดบนำทวดไดแตกตางกบคาปรบตง ระบบนเหมาะสมกบกรณทภาระของหมอไอนำไมเปลยนแปลงมากนก แตถามการเปลยนของภาระของหมอไอนำอยางรวดเรว ระบบควบคมแบบหนงองคประกอบอาจไมสามารถทำงานอยางมประสทธผล ถาภาระของหมอไอนำเพมขน วาลวควบคมของเครองกงหนไอนำจะเปดมากขนเพอเพมอตราการไหลของไอนำซงสงผลใหความดนในถงพกไอนำลดลง ระดบนำในถงพกไอนำจงเพมขน ระบบควบคมแบบหนงองคประ-กอบจะสงใหลดอตราการไหลเขาของนำปอนทง ๆ ทควรสงใหเพมอตราการไหล ในทางตรงขามถาภาระของหมอไอนำลดลง วาลวควบคมของเครองกงหนไอนำจะเปดนอยลงเพอลดอตราการไหลของไอนำซงสงผลใหความดนในถงพกไอนำเพมขน ระดบนำในถงพกไอนำจงลดลง ระบบควบคมแบบหนงองคประกอบจะสงใหเพมอตราการไหลเขาของนำปอนทง ๆ ทควรสงใหลดอตราการไหล ดงนนการควบคมแบบหนงองคประกอบในสถานการณทมการเปลยนแปลงภาระจงขาดเสถยรภาพ ผลทตามมาคอระดบนำจะเพมขนและลดลงหลายรอบกอนทกลบสระดบปกต

ระบบควบคมระดบนำ ทสามารถตอบสนองการเปลยนแปลงของภาระของหมอ


รปท 9.37: ระบบควบคมระดบนำแบบหนงองคประกอบ

ไอนำคอ ระบบควบคมแบบสององคประกอบ (two-element control) รปท 9.38 แสดงใหเหนวา สงทเพมเตมจากระบบควบคมแบบหนงองคประกอบคอ การใชสญญาณปอนไปหนาจาก FT ซงวดอตราการไหลของไอนำทเครองทำไอนำยวดยงในการควบคมอตราการไหลเขาของนำปอนควบคกบตวควบคมระดบของเหลว ในกรณทภาระของหมอไอนำเพมขนอยางรวดเรว อตราการไหลของไอนำจะเพมขนดวย สญญาณปอนไปหนาจะสงใหนำปอนไหลเขาถงพกไอนำเพมขน การควบคมจงมเสถยรภาพและระดบนำจะเปลยนแปลงในชวงสนกอนเขาสระดบปกต

ระบบควบคมแบบหนงองคประกอบและระบบควบคมแบบสององคประกอบสา-มารถควบคมระดบนำในถงพกไอนำอยางมประสทธผลถาความดนของนำปอนคงท แตถานำปอนมความดนเพมขน อตราการไหลของนำปอนเขาถงไอนำกจะเพมตามไปดวยซงสงผลใหระดบนำในถงพกไอนำเพมขน และระบบควบคมตองสงใหอปกรณควบคมลดการไหลเขาของนำปอน การตอบสนองของระบบจงคอนขางชา ถามการเปลยนแปลงของความดนนำปอนอยางรวดเรว ระบบควบคมอาจขาดเสถยรภาพได ระบบควบคมทมสมรรถนะสงกวาระบบควบคมแบบสององคประกอบในกรณนคอ ระบบควบคมแบบสามองคประกอบ (three-element control) รปท 9.39 แสดงใหเหนวา สงทเพมขนมาคอ วงรอบควบคมอตราการไหลของนำปอน ระบบควบคมนเปนระบบควบคมแบบตอเรยงกนโดย มวงรอบควบคมอตราการไหลของนำปอนเปนวงรอบปฐมภม และวงรอบควบคมระดบนำซงเปนวงรอบทตยภม นอกจากน ยงคงมการใชสญญาณปอนไปหนาจากการวดอตราการไหลของไอนำทเครองทำไอนำยวดยงในการควบคมอตราการไหลเขาของนำปอนควบคกบตวควบคมระดบของเหลว

9.7 ระบบควบคมอณหภมไอนำยวดยง 231

รปท 9.38: ระบบควบคมระดบนำแบบสององคประกอบ

รปท 9.39: ระบบควบคมระดบนำแบบสามองคประกอบ

9.7 ระบบควบคมอณหภมไอนำยวดยง

ประสทธภาพรวมของโรงไฟฟาเพมขนตามอณหภม ทไหลเขาเครองกงหนไอนำดงนนอณหภมของไอนำทออกจากเครองทำไอนำยวดยงถกออกแบบใหมคาสงสดเทา


ทเครองกงหนจะทนทานได อณหภมทสงเกนกวาคาทออกแบบไวจะสงผลเสยตออายการใชงานของเครองกงหนไอนำ อณหภมทตำเกนไปจะลดประสทธภาพรวมของโรงไฟฟา การควบคมใหอณหภมไอนำยวดยงเปลยนแปลงนอยทสดจงมความสำคญและตอง-การระบบควบคมทมประสทธภาพ บทท 6 กลาวถงวธควบคมอณหภมไอนำยวดยงหลายวธ แตในทนจะกลาวถงระบบควบคมทใชการพนละอองนำเพอลดอณหภมไอนำไมใหสงเกนไป ระบบควบคมอณหภมไอนำยวดยงในรปท 9.40 เปนการควบคมแบบตอเรยงกน เครองทำไอนำยวดยงแบงเปน เครองทำไอนำยวดยงปฐมภม (primary superheater)และเครองทำไอนำยวดยงทตยภม (secondary superheater) กาซเสยไหลจากเครองทำไอนำยวดยงทตยภมไปทเครองทำไอนำยวดยงปฐมภม ในขณะทไอนำไหลจากเครองทำไอนำยวดยงปฐมภมไปยงเครองทำไอนำยวดยงทตยภม แอตเทมเพอเรเทอร (attem-petor) รบไอนำจากเครองทำไอนำยวดยงปฐมภมและพนละอองนำไปผสมกบไอนำกอนสงไอนำทมอณหภมลดลงไปยงเครองทำไอนำยวดยงทตยภม นำทไหลเขาแอตเทมเพอ-เรเทอรไดมากจากเครองประหยดเชอเพลง เซนเซอรวดอณหภมตวท 1 ( TT1) ตดตงททางออกจากเครองทำไอนำยวดยงทตยภม และเซนเซอรวดอณหภมตวท 2 (TT2)ตดตงททางออกจากแอตเทมเพอเรเทอร ตวควบคมอณหภมตวท 1 (TC1) รบสญญาณจาก TT1 คำนวณผลตางระหวางสญญาณนกบจดปรบตงอณหภมซงเปนอณหภมของไอนำยวดยงทตองการ และสงสญญาณควบคมไปทตวควบคมอณหภมตวท 2 (TC2)

รปท 9.40: ระบบควบคมอณหภมไอนำยวดยง


สญญาณนคอ จดปรบตงของ TC2 ถามความแตกตางระหวางสญญาณจาก TT2 และจดปรบตงดงกลาว TC2 จะสงสญญาณควบคมไปทอปกรณควบคมแอตเทมเพอเรเทอรซงจะปรบอตราการไหลของนำใหเหมาะสมตอไป



1. อธบายการทำงานของระบบควบคมแบบตอเรยงกน

2. ในการวดผลตางความดนดวยมาโนมเตอรครงหนงพบวา ระดบนำในขาสองขางของมาโนมเตอรตางกน 10 cm จงหาผลตางความดน

3. อธบายการทำงานของบรดองเกจ

4. อธบายการทำงานของเบลโลวเกจ

5. เครองวดความดนใดทำงานโดยอาศยการเปลยนแปลงความตานทานไฟฟาของขดลวดโลหะตามความยาวของขดลวด

6. การวดระดบของเหลวดวยมาตรวดระดบจะใหคาคลาดเคลอนอยางไรถาอณหภมของเหลวในมาตรวดระดบตำกวาอณหภมของเหลวในถงทบรรจของเหลว

7. อธบายการทำงานของเครองวดระดบแบบแทงลอย

8. อธบายการทำงานของเครองวดระดบของเหลวแบบผลตางความดน

9. เครองวดอณหภมประเภทใดใชหลกการทโลหะตางชนดขยายตวตามอณหภมไมเทากน

10. อะไรคอขอแตกตางระหวาง RTD กบเทอรมสเตอร

11. อะไรคอสญญาณไฟฟาทออกจากเทอรโมคปเปล

12. เทอรโมเวลทำหนาทอะไร

13. อธบายการทำงานของทอเวนจรในการวดอตราการไหล

14. เครองวดอตราการไหลประเภทใดใชหลกการทผลตางระหวางความดนรวม (totalpressure) กบความดนสถต (static pressure) เทากบความดนจลศาสตร (dy-namic pressure)

15. อธบายความแตกตางระหวางทอแอนนบารกบทอพโทตเฉลย

16. อธบายการทำงานของเครองวดอตราการไหลแบบกระแสวน


17. ในระบบควบคมภาระแบบเครองกงหนตามหมอไอนำ สญญาณควบคมจะถกสงไปยงอปกรณใดเปนลำดบแรก

18. อธบายระบบควบคมการเผาไหมแบบไขวกน

19. ระดบนำทตำเกนไปในถงพกไอนำจะสงผลเสยอยางไร

20. อธบาย ขอไดเปรยบของระบบควบคมระดบของเหลวแบบสามองคประกอบเมอเทยบกบระบบควบคมระดบของเหลวแบบสององคประกอบ


บทท 10

โรงไฟฟาพลงความรอนรวม

10.1 วฏจกรเบรยตน

วฏจกรทผลตกำลงงานในโรงไฟฟากงหนกาซเรยกวา วฏจกรกงหนกาซ (gas tur-bine cycle) รปท 10.1 แสดงการทำงานของวฏจกรน อากาศจะไหลเขาเครองอดกาซ(compressor) ซงทำหนาทเพมความดนและอณหภมของอากาศ หลงจากนนอาาศจะเผาไหมกบเชอเพลงในหองเผาไหม (combustor) กาซเสยทไหลออกจากหองเผาไหมมความดนและอณหภมสง กงหนกาซ (gas turbine) จะผลตกำลงงานจากกาซเสยน กำลงงานบางสวนจากกงหนกาซใชเดนเครองอดกาซและอปกรณอน ๆ กำลงงานสวนทเหลอจงนำมาใชผลตไฟฟา กาซเสยทไหลออกจากกงหนกาซจะถกปลอยสสงแวดลอม

รปท 10.1: วฏจกรกงหนกาซ

การวเคราะหวฏจกรกงหนกาซคอนขางซบซอนเนองจากอตราการไหลของกาซและสมบตทางเคมของกาซในวฏจกรไมคงท วฏจกรทวเคราะหงายกวาและเปนแบบจำ-

238 โรงไฟฟาพลงความรอนรวม

ลองของวฏจกรกงหนกาซคอ วฏจกรเบรยตนแบบเปด (open Brayton cycle) รปท10.2 แสดงใหเหนวา อปกรณในวฏจกรเบรยตนแบบเปดคลายกบอปกรณในวฏจกรกงหนกาซ อปกรณทแตกตางกนคอ เครองทำใหรอน (heater) ซงทำหนาทใหความรอนแกวฏจกรเบรยตนเหมอนกบหองเผาไหมทใหความรอนแกวฏจกรกงหนกาซ แตอากาศไมเปลยนสภาพเปนกาซอนและอตราการไหลของอากาศกไมเปลยนแปลงจากการไหลผานเครองทำใหรอน

รปท 10.2: วฏจกรเบรยตนแบบเปด

รปท 10.3 แสดงวฏจกรเบรยตนแบบปด (closed Brayton cycle) สงทเพมเตมในวฏจกรนคอ เครองทำใหเยน (cooler) ซงจะรบอากาศรอนทออกจากกงหนกาซและลดอณหภมของอากาศใหเทากบ T1 วฏจกรเบรยตนแบบปดมคาใชจายสงกวาวฏจกรเบรยตนแบบเปดเนองจากตองมการตดตงเครองทำใหเยน อยางไรกตาม วฏจกรเบรย-ตนแบบปดมขอไดเปรยบท สารทำงานในวฏจกรอาจเปนกาซชนดอนทมคณสมบตดกวาอากาศ นอกจากน วฏจกรเบรยตนแบบปดสามารถทำงานทความดนตำกวาความดนบรรยากาศไดซงจะเพมประสทธภาพของวฏจกร ในกรณทวฏจกรเบรยตนแบบปดและวฏจกรเบรยตนแบบเปดมอากาศเปนสารทำงานเหมอนกน และสถานะของอากาศในวฏจกรทงสองเหมอนกน ประสทธภาพและงานสทธของทงสองวฏจกรจะเทากน

สมมตวาสารทำงานในวฏจกรเบรยตนแบบปดเปนกาซในอดมคต (ideal gas)การวเคราะหวฏจกรเรมจากการเขยนแผนภม T-s ดงแสดงในรปท 10.3 จะเหนวาม4 กระบวนการคอ

• กระบวนการ 1-2 เครองอดกาซเพมความดนกาซโดยเอนโทรปคงท

• กระบวนการ 2-3 กาซไดรบความรอนโดยความดนคงท

• กระบวนการ 3-4 กงหนกาซลดความดนกาซโดยเอนโทรปคงท

10.1 วฏจกรเบรยตน 239

• กระบวนการ 4-1 กาซสญเสยความรอนโดยความดนคงท

รปท 10.3: วฏจกรเบรยตนแบบปด

เนองจากสารทำงานเปนกาซในอดมคต งานสทธ (wnet) และความรอนเขา (qin)มคาดงน wnet = p(T3 � T4)� p(T2 � T1) (10.1)qin = p(T3 � T2) (10.2)

โดย p คอ คาความจความรอนของกาซ ประสทธภาพของวฏจกร (�B) มคาเทากบงานสทธหารดวยความรอนเขา ดงนน�B = 1� T4 � T1T3 � T2= 1� T1(T4=T1 � 1)T2(T3=T2 � 1)กระบวนการ 1-2 และ 3-4 เปนกระบวนการทเอนโทรปคงทและไมมความดนสญเสยในกระบวนการ 2-3 และ 4-1 ดงนนT2T1 = r(k�1)=kp = T3T4 (10.3)

โดยทอตราสวนคาความจความรอน k = p= v และอตราสวนความดน rp = p2=p1ประสทธภาพของวฏจกรจงมคาดงน�B = 1� T1T2

240 โรงไฟฟาพลงความรอนรวม= 1� 1r(k�1)=kp (10.4)

สมการ (10.4) แสดงใหเหนวาประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนเพมขนตาม kกาซทมคา k สงคอกาซเฉอยเชน He และ Ar ซงมคา k เทากบ 1.67 อยางไรกตามสารทำงานในวฏจกรเบรยตนสวนใหญคอ อากาศซงมคา k เทากบ 1.4 นอกจากนประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนเพมขนตามอตราสวนความดน แตถากำหนดอณหภมสงสด (T3) และอณหภมตำสด (T1) ใหคงทแลวเพม rp เรอยๆ ในทสด rp จะถงคาสงสดเทากบ rp:max = �T3T1�k=(k�1)

(10.5)

ทคานวฏจกรเบรยตนมประสทธภาพเทากบวฏจกรคารโนตททำงานระหวาง T3 และ T1อยางไรกตามงานสทธทไดจะเปนศนย ถาคำนงถงงานทไดจากวฏจกรเบรยตนมากกวาประสทธภาพและตองการไดงานสทธมากทสดกจะตองหาอตราสวนความดนทเหมาะสมแทนคาอตราสวนอณหภมจากสมการ (10.3) ในสมการ (10.1)wnet = p "T3 1� 1r(k�1)=kp !� T1 �r(k�1)=kp � 1�# (10.6)

คา rp ททำให wnet ในสมการ (10.6) มคาสงสดคอrp;opt = �T3T1�k=2(k�1)(10.7)

ทอตราสวนความดนน งานสทธมคาสงสดเทากบwmax = pT3 1�rT1T3!2(10.8)

ประสทธภาพสงสดและงานสงสดในวฏจกรเบรยตนในอดมคตจะไมเกดขนจรงเพราะกระบวนการในวฏจกรเบรยตนทเกดขนจรงเปนกระบวนการผวนกลบไมได จากรปท 10.4 จะเหนวากระบวนการ 1-2 และ 3-4 เปนกระบวนการทเอนโทรปเพมในวฏจกรเบรยตนทเกดขนจรง ถาสมมตวากาซในวฏจกรเปนกาซในอดมคต ประสทธภาพของเครองอดกาซและเครองกงหนจะมนยามดงน� = T2s � T1T2 � T1 (10.9)

10.1 วฏจกรเบรยตน 241�t = T3 � T4T3 � T4s (10.10)

ในวฏจกรเบรยตนจรงเครองอดกาซและเครองกงหนจะมประสทธภาพไมถง 100% ซงทำใหงานทตองใหแกเครองอดกาซและงานทไดจากเครองกงหนนอยลง งานสทธจากวฏจกรเบรยตนจรงจงนอยกวาจากวฏจกรเบรยตนในอดมคต

รปท 10.4: วฏจกรเบรยตนทเกดขนจรง

โดย ทวไปประสทธภาพของวฏจกร เบรย ตน คอนขางตำ เนองจาก งาน ท ตอง ใหเครองอดกาซมากเมอเทยบกบงานทไดจากเครองกงหนกาซ ในทางตรงขามงานทใหเครองสบในวฏจกรแรงคนนอยกวางานทไดจากเครองกงหนไอนำมาก นอกจากนกาซเสยทออกจากเครองกงหนมอณหภมสงและอตราการไหลของกาซกมากเนองจากตองใชอากาศปรมาณมากในการเผาไหมกาซธรรมขาต ดงนนจงมการสญเสยพลงงานในปรมาณมากตามไปดวย วธหนงทใชเพมประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนคอ การเพมรเจนเนอเรเตอร (regenerator) ในวฏจกร รเจนเนอเรเตอรจะทำหนาทแลกเปลยนความรอนระหวางกาซเสยจากเครองกงหนและอากาศทกำลงจะเขาไปเผาไหมทเครองเผาไหมการกระทำเชนนจะลดความรอนทตองใหแกวฏจกรแตไมเปลยนงานสทธทได รปท 10.5แสดงแผนภาพอปกรณและแผนภาพ T-s ของวฏจกรเบรยตนทมรเจนเนอเรชน

ถารเจนเนอเรเตอรในรปท 10.5 เปนรเจนเนอเรเตอรในอดมคตอณหภมของกาซทออกจากรเจนเนอเรเตอร (Tx) จะเทากบอณหภมของกาซทออกจากเครองกงหน (T4)แตในรเจนเนอเรเตอรจรง Tx จะนอยกวา T4 ความใกลเคยงระหวางสองอณหภมบง-บอกดวยประสทธผลของรเจนเนอเรเตอร (regenerator effectiveness, �)� = Tx � T2T4 � T2 (10.11)

ถงแมวารเจนเนอเรชนจะเปนวธเพมประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนทไดผล แตกมขอจำกดท T4 ตองมากกวา T2 พอสมควร ไมเชนนน วธนจะไมคมคา อยางไรกตาม


รปท 10.5: วฏจกรเบรยตนทมรเจนเนอเรชน

มวธเพมความแตกตางระหวาง T4 และ T2 คอ การเพมกระบวนการใหความรอนซำ(reheating) และกระบวนการอนเตอรคลลง (intercooling) ใหวฏจกร รปท 10.6 แสดงวฏจกรเบรยตนทมอนเตอรคลลงหนงครง มการใหความรอนซำหนงครง และมรเจน-เนอเรชน อปกรณในวฏจกรประกอบดวยเครองอดความดนตำ (LC) หนงเครอง เครองอดความดนสง (HC) หนงเครอง เครองกงหนความดนตำ (LT) หนงเครอง เครองกงหนความดนตำ (HT) หนงเครอง หองเผาไหม รเจนเนอเรเตอร อนเตอรคลเลอรและเครองใหความรอนซำ โดยสามอปกรณหลงเปนอปกรณแลกเปลยนความรอน

ตวอยาง วฏจกรเบรยตนทมรเจนเนอเรชนในรปท 10.5 มความดนตำสด 1atm อณหภมตำสด 15.6ÆC อณหภมสงสด 1093.3ÆC อตราสวนความดนเทากบ 4ประสทธภาพของเครองกงหนเทากบ 0.88 ประสทธภาพของเครองอดกาซเทากบ 0.85และประสทธผลของรเจนเนอเรเตอรเทากบ 0.7 จงหาประสทธภาพของวฏจกรน สมมตวา กาซในวฏจกรเปนอากาศทม p = 1.005 kJ/kg.K และ k = 1.4

10.1 วฏจกรเบรยตน 243

รปท 10.6: วฏจกรเบรยตนทมรเจนเนอเรชน การใหความรอนซำ และอนเตอรคลลง

วธทำ T2s = T1�p2p1�(k�1)=k= 288:6(4)0:4=1:4 = 429 KT2s � T1T2 � T1 = � = 0:85=) T2 = 454 KT4s = T3�p4p3�(k�1)=k= 1366:3(4)�0:4=1:4 = 919 KT3 � T4T3 � T4s = �t = 0:88=) T4 = 973 K

244 โรงไฟฟาพลงความรอนรวม� = Tx � T2T4 � T2 = 0:7=) Tx = 817 Kw = p(T2 � T1)= 166 kJ/kgwt = p(T3 � T4)= 395 kJ/kgqin = p(T3 � Tx)= 552 kJ/kg� = 395� 166552 = 41:5%10.2 วฏจกรผสม

การเพมประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนกระทำไดโดยการนำวฏจกรเบรยตนมาทำงานรวมกบวฏจกรแรงคนโดยใหวฏจกรเบรยตนทำงานในชวงอณหภมสงและวฏจกรแรงคนทำงานในชวงอณหภมตำ ผลทไดคอ วฏจกรผสมดงแสดงในรปท 10.7 ความรอนทระบายออกจากวฏจกรเบรยตนจะใชผลตไอนำในวฏจกรแรงคนโดยใชอปกรณทเรยกวาเครองกำเนดไอนำแบบกความรอน (heat recovery steam generator หรอHRSG) ดงนนความรอนทใหแกวฏจกรผสมจงเกดขนทหองเผาไหมในสวนของวฏจกรเบรยตนเทานน ประสทธภาพของวฏจกรผสมสามารถคำนวณไดจากสตรน� = _wB + _wR_qin (10.12)

โดยท _wB เปนกำลงงานสทธจากวฏจกรเบรยตน _wR เปนกำลงงานสทธจากวฏจกรแรง-คน และ _qin เปนอตราการถายเทความรอนสวฏจกรเบรยตน จากนยามของประสทธภาพของวฏจกรเบรยตน (�B) และวฏจกรแรงคน (�R) ทำใหไดสมการตอไปน_wB = �B _qin_wR = �R(1� �B) _qinแทนคา _wB และ _wR ในสมการ (10.12)� = �R + �B � �R�B (10.13)

10.2 วฏจกรผสม 245

สมการนแสดงใหเหนวาประสทธภาพของวฏจกรผสมสงกวาประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนหรอวฏจกรแรงคน ถา �R = 0:33 และ �B = 0:26 ประสทธภาพของวฏจกรผสมจะมคาประมาณ 0.5 ซงนบวาสงมาก แตในทางปฏบต � มคาระหวาง 0.38 ถง0.42 เทานน

รปท 10.7: วฏจกรผสม

กำลงงานของเครองกงหนไอนำในวฏจกรผสมแปรผนตามอตราการไหลของไอ-นำในวฏจกรแรงคน วธเพมกำลงงานของวฏจกรผสมทงายคอ การเพมอตราการผลตไอนำใน HRSG วฏจกรผสมอาจถกดดแปลงเปนวฏจกรในรปท 10.8 โดยมการใหความรอนแกเครองกำเนดไอนำแบบกความรอนเพมเตมจากการถายเทความรอนจากกาซเสยสมมตวา _q1 เปนอตราการถายเทความรอนเขาสวฏจกรเบรยตนและ _q2 เปนอตราการถายเทความรอนเขาสวฏจกรแรงคน ประสทธภาพของวฏจกรผสมคำนวณไดดงน_wB = �B _q1_wR = �R[(1� �B) _q1 + _q2℄� = _wB + _wR_q1 + _q2=) � = �B _q1 + �R[(1� �B) _q1 + _q2℄_q1 + _q2 (10.14)

กำหนดให x เปนสดสวนของอตราการถายเทความรอนเขาสวฏจกรแรงคนเทยบกบ


อตราการถายเทความรอนทเขาสวฏจกรผสมทงหมดx = _q2_q1 + _q2=) _q2 = x( _q1 + _q2)แทนคา _q2 ในสมการ (10.14)� = �B + �R � �B�R � x�B(1� �R) (10.15)

ประสทธภาพนนอยกวาประสทธภาพของวฏจกรผสมแบบทไมมการเผาไหมในเครองกำเนดไอนำแบบกความรอน ซงหมายความวาถงแมวาการผลตไอนำเพมจะเพมกำลงงานของวฏจกรผสม แตกทำใหประสทธภาพของวฏจกรลดลง

รปท 10.8: วฏจกรผสมทมการใหความรอนจากภายนอกวฏจกรแก HRSG

สมการ (10.13) สำหรบคำนวณประสทธภาพวฏจกรผสมในอดมคตไมสามารถใชไดกบวฏจกรผสมจรง ในการคำนวณประสทธภาพ จะตองใชสมการ (10.12) และหาคา _wB , _wR และ _qin ดงน_wB = _mg pg(T3 � T4 � T2 + T1) (10.16)_wR = _ms(ha � hb � hd + h ) (10.17)

10.2 วฏจกรผสม 247_qin = _mg pg(T3 � T2) (10.18)

โดยท _mg คอ อตราการไหลของกาซในวฏจกรเบรยตน _ms คอ อตราการไหลของไอนำในวฏจกรแรงคน และ pg คอ คาความจความรอนของกาซ ขอมลเพมเตมทตองทราบคอ อตราสวนระหวาง _mg กบ _ms ขอมลนไดจากสมดลความรอนใน HRSG สมมตวาไมมความรอนสญเสยใน HRSG อตราการถายเทความรอนจากกาซจะเทากบอตราการถายเทความรอนใหนำ _mg pg(T4 � T5) = _ms(ha � hd) (10.19)

ตวอยาง โรงไฟฟาแหงหนงผลตไฟฟาดวยเปนวฏจกรผสมตามรปท 10.7 โดยอตราสวนความดนในสวนของวฏจกรเบรยตนเทากบ 7.5 อณหภมของอากาศเขาเครองอดกาซคอ 15ÆC และอณหภมสงสดในวฏจกรคอ 750ÆC กาซเสยไหลออกจากเครองกำเนดไอนำแบบกความรอนท 100ÆC ในสวนของวฏจกรแรงคน ไอนำทเขาเครองกง-หนมความดน 50 bar อณหภม 500ÆC ความดนในเครองควบแนนเทากบ 0.1 barถากำลงงานจากวฏจกรผสมเทากบ 200 MW จงหาอตราการไหลของอากาศและไอนำกำลงงานจากวฏจกรเบรยตนและวฏจกรแรงคน และประสทธภาพของวฏจกรผสม สม-มตวากาซในสวนของวฏจกรเบรยตนเปนอากาศทมอตราการไหลคงท กำหนดให pg =1.1 kJ/kg.K และ k = 1.4 และไมตองพจารณางานทใหเครองสบ

วธทำในสวนของวฏจกรเบรยตนT2 = T1 �p2p1�(k�1)=k= 288� (7:5)0:4=1:4 = 512:2 KT4 = T3 �p4p3�(k�1)=k= 1023� (7:5)�0:4=1:4 = 620:5 K

คาของ _wB ไดจากสมการ (10.16) _wB = 196:1 _mg (10.20)

และคาของ _qin ไดจากสมการ (10.18)_qin = 561:9 _mg (10.21)


ในสวนของวฏจกรแรงคน แผนภมใหสมบตของนำและไอนำดงนha = 3670 kJ/kghb = 2305 kJ/kgh = 192 kJ/kg = hdคาของ _wR ไดจากสมการ (10.17) _wR = 1365 _ms (10.22)

โจทยกำหนดคาของกำลงงานรวม ( _wB + _wR) มาให ดงนน196:1 _mg + 1365 _ms = 200� 103 (10.23)

โปรดสงเกตวา คาทโจทยใหมามหนวยเปน MW ในขณะทคาของ _wB ในสมการ (10.20)และ _wR ในสมการ (10.22) มหนวยเปน kW ดงนนจงตองแปลงหนวยของกำลงงานรวมทโจทยใหมาเปน kW

แทนคาอณหภมและเอนทลปในในสมการ (10.19)_ms_mg = 0:0712 (10.24)

แกสมการ (10.23) และ (10.24) เพอหาคา _mg และ _ms_mg = 681:9 kg/s_ms = 48:6 kg/s

แทนคา _mg, _ms ลงในสมการ (10.20)-(10.22) และคำนวณประสทธภาพโดยใชสมการ (10.12) _wB = 133:8 MW_qin = 383:2 MW_wR = 66:3 MW� = 0:52

10.3 เครองกงหนกาซ 249

10.3 เครองกงหนกาซ

แตเดมเครองกงหนกาซออกแบบสำหรบเครองบนไอพน เมอปลายครสตทศ-วรรษท 1940 ไดมผทดลองนำเครองยนตกงหนกาซมาผลตไฟฟาซงใหผลเปนทนาพอใจจากนนจงเรมมการออกแบบเครองยนตกงหนกาซสำหรบผลตไฟฟาจนไดรบความนยมมาจนปจจบน การผลตไฟฟาดวยเครองกงหนกาซอาจแบงเปนสามรปแบบ รปแบบแรกเปนโรงไฟฟากงหนกาซซงเหมาะกบการใชเปนโรงไฟฟาภาระสงสด รปแบบทสองเปนโรงไฟฟาพลงความรอนรวม ประสทธภาพของโรงไฟฟาพลงความรอนรวมสงกวาโรงไฟฟาพลงความรอน นอกจากนโรงไฟฟาพลงความรอนรวมอาจถกออกแบบใหสามารถเดนเครองเปนโรงไฟฟากงหนกาซกได ดงนนโรงไฟฟาพลงความรอนรวมจงเปนไดทง โรงไฟฟาภาระหลก โรงไฟฟาภาระเสรม และโรงไฟฟาภาระสงสด รปแบบทสามเปนการผลตพลงงานความรอนรวมกบพลงงานไฟฟา รปแบบนเหมาะกบโรงงานอตสาหกรรมทตองใชความรอนในกระบวนการผลต ความรอนทงจากเครองกงหนกาซอาจนำไปใชในกระ-บวนการผลตไดแทนทจะปลอยทงสบรรยากาศ

10.3.1 ประเภทของเครองกงหนกาซ

เครองกงหนกาซสำหรบผลตไฟฟามหลาย ยหอและหลายรน ซงสามารถ สง ซอจากผผลตหลายราย เครองกงหนกาซทมจำหนายในทองตลาดแบงเปนสองประเภทหลกไดแก เครองกงหนกาซแบบอนพนธของเครองยนตไอพน (aeroderivative gas tur-bine) และเครองกงหนกาซแบบอตสาหกรรม (industrial gas turbine) เครองกงหนกาซแบบอนพนธ ของ เครองยนตไอพนพฒนามาจาก เครองกงหนกาซ ท ใช เปน เครองยนตสำหรบเครองบนไอพนโดยเปลยนโครงหมใหมนำหนกนอยลง ดดแปลงใหสามารถตดตงบนพนระนาบได และตดตงอปกรณทแปลงพลงงานจลนของไอพนเปนพลงงานกลจากการหมน เครองกงหนกาซแบบอตสาหกรรมออกแบบมาสำหรบการผลตไฟฟาโดยตรง จงไมตองออกแบบใหมนำหนกนอยและประสทธภาพสงเหมอนเครองกงหนกาซแบบอนพนธของเครองยนตไอพน แตออกแบบใหมราคาถก ทนทาน และบำรงรกษางาย ตารางท 10.1 เปรยบเทยบเครองกงหนกาซทงสองประเภท

10.3.2 สวนประกอบหลก

เครองกงหนกาซทกยหอและทกรนมสวนประกอบหลกทเหมอนกนคอ เครองอดกาซ (compressor) หองเผาไหม (combustor) และกงหนกาซ (turbine) ทงสามสวนวางตดกนในอยโครงหม (casing) รปท 10.9 แสดงใหเหนวา อากาศไหลเขาเครอง


ตารางท 10.1: เปรยบเทยบเครองกงหนกาซแบบอนพนธของเครองยนตไอพนกบเครองกงหนกาซแบบอตสาหกรรม

เครองกงหนกาซแบบอนพนธของเครองยนตไอพน แบบอตสาหกรรม

ขนาด เลก ใหญประสทธภาพ สง ตำอตราสวนความดน ไมเกน 30 ไมเกน 16กำลงงาน ไมเกน 50 MW ไมเกน 300 MWความเรวรอบ สง ตำราคาตอกำลงการผลตไฟฟา มาก นอยความตองการการบำรงรกษา มาก นอย

กงหนกาซทเครองอดกาซ เชอเพลงไหลเขาทหองเผาไหม การเผาไหมระหวางเชอเพลงกบอากาศทำใหเกดกาซเสยทไหลออกกงหนกาซสบรรยากาศ

รปท 10.9: เครองกงหนกาซ


เครองอดกาซ

เครองอดกาซมสามแบบคอ เครองอดกาซแบบบบอด (positive displacement)เครองอดกาซแบบแรงเหวยง (centrifugal ) และเครองอดกาซแบบไหลตามแกน (ax-ial) ถงแมวาเครองอดกาซสองแบบแรกจะสามารถอดกาซใหมความดนสงมากได แตเครองอดกาซแบบไหลตามแกนม ขอไดเปรยบคอ สามารถใหอตราการไหลทสงกวานอกจากนการเพมความดนในเครองอดกาซแบบไหลตามแกนสามารถกระทำไดโดยการเพมจำนวนขนทำงาน หนงขนทำงานของเครองอดกาซซงประกอบโรเตอรและสเตเตอรใบพดหมนของโรเตอรยดตดกบเพลาและใบพดนงของสเตเตอรยดตดกบโครงหม ใบพดหมนและใบพดนงมรปรางคลายปกเครองบนเพอใชคณสมบตดานอากาศพลศาสตรของใบพดในการอดกาซ รปท 10.10 แสดงการไหลปะทะใบพดหมนของกาซซงทำใหเกดแรงยก (lift) หรอความแตกตางความดนระหวางดานออก (หรอดานลางของใบพด) กบดานเขา (หรอดานบนของใบพด) มมระหวางความเรวสมพทธ (W ) กบเสนคอรด(chord line) ของใบพดหมนเรยกวา มมปะทะ (�) แรงยกจะเพมขนตามมมปะทะตราบเทาทมมปะทะไมมากเกนไป รปท 10.11 แสดงใหเหนวา กอนไหลเขาขนทำงานอากาศจะไหลผานใบพดนำ (guide vane) ซงทำหนาทปรบทศทางการไหลของอากาศเพอใหมมปะทะมคาเหมาะสมทสด หลกการทำงานของเครองอดกาซแบบไหลตามแกนคลายกบกงหนแรงปฏกรยาทกลาวถงในบทท 7 แตทศทางการไหลตรงขามกนซงทำใหความดนของอากาศคอย ๆ เพมขนจากการไหลผานแตละขนทำงาน อตราสวนความดนโดยรวมของเครองอดกาซจงขนกบจำนวนขนทำงาน

รปท 10.10: การไหลปะทะใบพดหมนของอากาศทำใหเกดผลตางความดนระหวางสองดานของใบพด

ปญหาหนงทอาจเกดกบเครองอดกาซคอ สภาวะสะดด (stall) ทเกดจากมมปะทะทมากเกนไปจนทำใหแรงยกลดลงอยางกระทนหน แรงยกทลดลงอยางมากหมายความวา ความดนทงสองดานของใบพดหมนจะใกลเคยงกนและอตราสวนความดนกจะลดลง


รปท 10.11: ใบพดนำเปลยนทศทางการไหลของกาซเขาขนทำงานของเครองอดกาซ

ดงนนเครองอดกาซจงมสมรรถนะตำลงในสภาวะสะดดซงสงผลลบตอกำลงงานทผลตโดยเครองกงหนกาซ รปท 10.12 แสดงใหเหนวา ความเรวสมบรณทลดลงสงผลใหมมปะทะเพมขน สภาวะสะดดเกดขนเมออตราการไหลเขาของอากาศตำเกนไปซงสงผลใหความเรวสมบรณ (V ) มคานอยจนมมปะทะ (�) มคามากเกนไป แตถาทศทางของความเรวสมบรณเปลยนไปอยางเหมาะสม มมปะทะจะไมเปลยนและสภาวะสะดดจะไมเกดขน ทศทางของความเรวสมบรณสามารถเปลยนแปลงไดโดยใชใบพดนำทปรบมมได(variable-angle guide vane)

รปท 10.12: การเปลยนแปลงมมปะทะเมอขนาดและทศทางของความเรวสมบรณเปลยน

เครองอดกาซอยบนเพลาเดยวกบกงหนกาซและมความเรวรอบเทากน การหมนของใบพดของกงหนกาซทำใหเกดการหมนของใบพดหมนของเครองอดกาซและกระ-บวนการอดกาซทำงานได เครองอดกาซแบบไหลตามแกนในเครองกงหนกาซขนาดใหญอาจแยกเปน เครองอดกาซความดนตำ (low-pressure compressor) และเครองอดกาซความดนสง (high-pressure compressor) ในกรณนกงหนกาซกจะแยกเปนสองสวนคอ กงหนกาซความดนตำ (low-pressure turbine) และกงหนกาซความดนสง (high-pressure turbine) เชนเดยวกน เครองอดกาซความดนตำจะถกขบเคลอนโดยกงหนกาซ


ความดนตำ และเครองอดกาซความดนสงจะถกขบเคลอนโดยกงหนกาซความดนสง รปท 10.13 แสดงใหเหนวา เพลาของเครองอดกาซความดนตำวางอยภายในเพลาของเครองอดกาซความดนสง ดงนนเครองอดกาซความดนตำและเครองอดกาซความดนสงจะสามารถหมนทความเรวรอบไมเทากนได

รปท 10.13: เครองกงหนกาซแบบแยกสวน

กอนไหลเขาเครองอดกาซอากาศจะไหลผานแผนกรองฝนเพอใหไดอากาศทสะ-อาดปราศจากฝนละอองเปนสารทำงานในเครองกงหนกาซ แผนกรองฝนจะถกเปลยนเมอความดนอากาศทไหลผานลดลงเกนคาทกำหนดซงแสดงวาแผนกรองสกปรกเกนไป อยางไรกตามอาจมสงแปลกปลอมเชน ฝน แมลงตวเลก หรอคราบนำมนหลอลนเลดรอดเขาไปเกาะทผวใบพดของเครองอดกาซได ใบพดทสกปรกจะทำใหอตราสวนความดนทไดจากเครองอดกาซลดลงและจะสงผลใหกำลงงานทไดจากเครองกงหนกาซลดลงตามไปดวย ระบบลางเครองอดกาซ (compressor wash) ทำหนาทกำจดสงแลกปลอมออกจากผวใบพด การทำความสะอาดเครองอดกาซอาจกระทำขณะทเครองอดกาซกำลงทำงานหรอหยดทำงาน วธหลงใหผลดกวาแตเครองกงหนกาซตองหยดทำงานและโรงไฟฟาตองสญเสยกำลงการผลต

หองเผาไหม

หองเผาไหมอยถดจากเครองอดกาซ อากาศทมความดนสงไหลเขาหองเผาไหมโดยมหวฉดพนเชอเพลงเขาไปผสมกบอากาศและทำปฏกรยาเผาไหมกน เชอเพลงของเครองยนตกงหนกาซเปนเชอเพลงกาซ (กาซธรรมชาต, SNG) หรอเชอเพลงเหลว(นำมนกาด, นำมนดเซล, นำมนเตาเบอร 2) หองเผาไหมแบงเปน 3 แบบคอ แบบทอ(tubular) แบบกงทอกงวงแหวน (tuboannular) และแบบวงแหวน (annular) ดงแสดงในรปท 10.14 หองเผาไหมแบบทอแบงเปนหองเผาไหมขนาดเลกลงเรยกวา ทอเปลวไฟ(flame tube) หลายทอวางตามเสนรอบวงของแกนกลาง ทกทอเชอมตอกนเพอใหจายเชอเพลงใหไดเทา ๆ กนและจดระเบดไดพรอมกน แตการจายอากาศใหแตละทอแยกออกจากกน หองเผาไหมแบบกงทอกงวงแหวนคลายแบบทอ สงทตางกนคอ การจาย


อากาศใหแตละทอไมไดแยกออกจากกน หองเผาไหมแบบวงแหวนมหองเผาไหมหรอทอเปลวไฟเปนรปวงแหวนเพยงทอเดยวและมหวฉดรอบ ๆ ทอเพอพนเชอเพลงและอากาศเขาทอ

รปท 10.14: หองเผาไหมสามแบบ

รปท 10.15 แสดงการไหลของอากาศและเชอเพลงในหองเผาไหม อากาศบางสวนจะใชในการเผาไหม อากาศทเหลอทำหนาทหลอเยนหองเผาไหม การเผาไหมในหองเผาไหมแบงเปนสามเขต เขตแรกคอ เขตไหลวน (recirculation zone) อยใกลหวฉดเปนบรเวณทมการผสมกนระหวางอากาศกบเชอเพลงอยางทวถงโดยอาศยการไหลวนอยางปนปวนของอากาศและเชอเพลง นอกจากนเชอเพลงบางสวนเผาไหมกบอากาศในเขตนแตการเผาไหมอาจไมสมบรณเพราะปรมาณอากาศไมมากพอ เขตทสองคอ เขตเผาไหม (burning zone) อยหางจากหวฉดออกมาเปนบรเวณทไดรบอากาศเพมเตมซงทำใหการเผาไหมสมบรณและไดกาซเสยทมอณหภมสง เขตทสามคอ เขตเจอจาง (di-lution zone) อยใกลทางออกจากหองเผาไหม มอากาศเขามาในหองเผาไหมเพมเตมทเขตนเพอลดอณภมกาซเสยทกำลงจะออกจากหองเผาไหม อยางไรกตามอณหภมในหองเผาไหมอาจสงมากจนทำใหเกด NOx การควบคม NOx อาจใชวธพนนำหรอไอนำเขาหองเผาไหมเพอลดอณหภมเผาไหมและลดการเกด NOx

กงหนกาซ

กาซทมอณหภมสงและความดนสงจะไหลจากหองเผาไหมเขากงหนกาซ เครองกงหนกาซแบบเพลาเดยว (single-shaft gas turbine) มเครองอดกาซหนงเครองและกงหนกาซหนงเครองทหมนบนพลาเดยวกน รปแบบการตดตงเครองกงหนกาซเพอ


รปท 10.15: เขตเผาไหมในหองเผาไหม

ผลตไฟฟาแบงเปน เครองยนตกงหนกาซแบบเพลาเดยว รปท 10.16 แสดงเครองกงหนกาซแบบสองเพลา (two-shaft gas turbine) ซงประกอบดวยเครองอดกาซหนงเครองและกงหนกาซสองเครอง เครองแรกทำงานทความดนสงและขบเคลอนเครองอดกาซเครอง ทสอง ขบเคลอน เครองกำเนดไฟฟา เครองกงหน ทงสอง เครอง ไม อยบน เพลาเดยวกนจงสามารถทำงานทความรอบตางกนได ดงนนเครองกงหนกาซแบบสองเพลาจงมประสทธภาพสงกวา แตขอเสยของเครองกงหนกาซแบบนคอ เครองกงหนความดนตำอาจหมนดวยความเรวทมากจนเครองเสยหายไดเนองจากไมมเครองอดกาซทำหนาทเหมอนเบรกทควบคมความเรวรอบดงเชนเครองกงหนความดนสง

รปท 10.16: เครองกงหนกาซแบบสองเพลา

กงหนกาซประกอบดวยขนทำงานหลายขนเหมอนกงหนไอนำ ขนทำงานความดนสงเปนขนทำงานแรงดลหรอขนทำงานแรงปฏกรยาทมระดบปฏกรยาตำ ขนทำงาน


ความดนตำเปนขนทำงานทมระดบปฏกรยาสง อยางไรกตามขอแตกตางกงหนกาซกบกงหนไอนำคอ ใบพดของกงหนกาซถกออกแบบใหสามารถทนกาซอณหภม สงกวาถงแมวาอณหภมของกาซเสยจะตำกวาจดหลอมเหลวของโลหะทใชทำใบพดแตอณหภมกมากพอทจะสงผลเสยตออายการใชงานของใบพดเนองจากการทใบพดตองเผชญกบความเคนและอณหภมทสงเปนเวลานานทำใหเกดความคบ (creep) ซงนำไปสการยดตวของใบพดเมอเวลาผานไปและอาจทำใหเกดการแตกราวของใบพดไดในทสด พาราม-เตอรทสามารถใชทำนายอายการใชงานของใบพดไดคอ พารามเตอรลาร สนมลเลอร(Larson-Miller parameter) ผลการทดลองแสดงใหเหนวาความเคนเปนฟงกชนของLM และ LM ขนกบอณหภม (หนวยเปน K) และอายเวลาใชงานกอนใบพดแตกราวจากความคบ (หนวยเปน ชวโมง) ดงน

LM = T (20 + log t) (10.25)

ทความเคนเทากน LM มคาเทากน ถากำหนดใหอณหภมตางกนคอ T1 = 900 K และT2 = 890 K สมการ (10.1) แสดงใหเหนวา t1 = 25000 ชวโมงและ T2 = 47000ชวโมง ซงหมายความวาการอณหภมลดลงเพยง 10 K ชวยเพมอายเวลาใชงานของใบพดเกอบเทาตว ดงนนการระบายความรอนใหใบพดของเครองกงหนกาซจงมความสำคญมาก

ใบพดของเครองกงหนกาซถกออกแบบใหอากาศสามารถไหลเขาออกและภายในใบพดมชองทางไหลทวกวนเพอใหอากาศระบายความรอนอยางทวถงภายในใบพด อา-กาศทใชหลอเยนใบพดไดมาจากเครองอดกาซทไมไดไหลผานหองเผาไหมจงยงคงมอณหภมไมสงนกอากาศไหลเขาใบพดทฐานใบพดดงแสดงในรปท 10.17 ผวใบพดมรใหอากาศไหลออกไดโดย อากาศบางสวนจะออกจากใบพดทางรเหลานและเคลอบใบพดไมใหสมผสกบกาซรอน

10.3.3 ปจจยทสงผลตอสมรรถนะของเครองกงหนกาซ

ผผลตเครองกงหนกาซจะระบกำลงงานของอตราความรอนของเครองกงหนกาซทกรนทจำหนายโดยผผลต สภาวะมาตรฐาน ISO สำหรบวดคากำลงงานและอตราความรอนคอ ทอณหภม 15ÆC ความชนสมพทธ 60% และความดน 1 atm การใชงานเครองกงหน กาซ จรง อาจ ให คา กำลง งาน และ อตรา ความ รอน ท แตกตาง กบ คา น เนอง-จากปจจยตาง ๆ ทสงผลตอสมรรถนะของเครอง ปจจยทสำคญไดแก

• อณหภมแวดลอม อตราการไหลเชงปรมาตรของอากาศทไหลเขาเครองอดกาซคอนขางคงท แตกำลงงานของเครองกงหนกาซขนกบอตราการไหลเชงมวล ดง-


รปท 10.17: การระบายความรอนใหใบพด

นนอากาศทมความหนาแนนมากขนจะทำใหกำลงงานเครองเพมขนตามไปดวยนอกจากน อตราความรอนจะลดลง หรอประสทธภาพของเครองจะเพมขนเมออณหภมแวดลอมลดลงเนองจากอตราสวนความดนของเครองอดกาซจะเพมขน

• ความดนบรรยากาศ กำลงงานของเครองกงหนกาซลดลงเมอเครองกงหนกาซทำ-งาน ทระดบความสง เหนอระดบนำทะเล ซงความดนบรรยากาศจะนอยกวา 1atm และความหนาแนนของอากาศจะนอยลงเมอเทยบกบความหนาแนนทระดบนำทะเล อยางไรกตาม อตราความรอนไม เปลยนแปลงเมอความดนบรรยากาศเปลยนแปลง

• ความชนสมพทธ ไอนำมความหนาแนนนอยกวาอากาศแหง ดงนนอากาศทมความชนสมพทธเพมขนจะมความหนาแนนลดลง และสงผลใหกำลงงานของเครองกงหนกาซลดลงและอตราความรอนจะเพมขน อยางไรกตามผลกระทบของความชนสมพทธนอยมากเมอเทยบผลกระทบของอณหภมแวดลอม

• ความดนสญเสยทางเขาและทางออก กำลงงานและประสทธภาพทระบโดยผผลตเครองกงหนกาซอยภายใตเงอนไขวา ไมมความดนสญเสยททางเขาและทางออกของเครอง แตในการใชงานจรงจะมความดนสญเสยททางเขาเนองจากมการตด-ตงเครองกรองฝนละอองและสงแปลกปลอมในอากาศกอนเขาเครองอดกาซ และจะมความดนสญเสยททางออกเนองจากมการตดตงทอกาซเสย อปกรณควบคมเสยงและ ปลองระบายกาซเสยททางออก ดงนนความดนของกาซเสยททางออกจงตองมากกวาความดนบรรยากาศเพอใหกาซเสยสามารถไหลจากเครองสบรร-


ยากาศได ความดนสญเสยทางเขาและทางออกสงผลใหกำลงงานของเครองกงหนกาซลดลงและอตราความรอนจะเพมขน

• การพนนำหรอไอนำ วธลดการเกด NOx ทไดผลคอ การพนนำหรอไอนำเขาไปในหองเผาไหมซงจะทำใหอณหภมเผาไหมลดลง ผลพลอยไดคอ กำลงงานของเครองกงหนกาซจะเพมขนเนองจากมอตราการไหลเชงมวลในกงหนกาซมากขนนอกจากนการพนไอนำยงทำใหอตราความรอนลดลง แตการพนนำกลบทำใหอตราความรอนเพมขนเนองจากเชอเพลงบางสวนตองใชในการทำใหนำระเหย

• ภาระของเครอง โรงไฟฟากงหนกาซมกถกใชงานเปนโรงไฟฟาภาระสงสด ซงหมายความวา กำลงงานทผลตโดยเครองกงหนกาซไมคงท และบอยครงทภาระของเครองไมเตม 100% ผผลตเครองกงหนกาซมกออกแบบใหเครองมประสทธ-ภาพสงสดหรออตราความรอนตำสดเมอเดนเครองผลตไฟฟาเตมท อตราความรอนจะเพมขนเมอภาระของเครองลดลง

10.3.4 การเพมสมรรถนะใหเครองกงหนกาซ

ประเทศไทยมอณหภมเกน 15ÆC เกอบตลอดป ดงนนกำลงงานและประสทธ-ภาพของเครองกงหนกาซทใชงานในประเทศไทยจงนอยกวาคาทระบโดยผผลต วธเพมกำลงงานและประสทธภาพทไดผลคอ การลดอณหภมอากาศทไหลเขาเครองอดกาซ รปท 10.18 แสดงใหเหนวาหลกการของวธนคอ การตดตงระบบทำความเยนททางเขาเครองอดกาซ ระบบสามารถใชในกรณนไดแก

รปท 10.18: การลดอณหภมอากาศทเขาเครองกงหนกาซ


• ระบบทำความเยนแบบระเหย (evaporative cooling system) ใชการไหลของอากาศผานวสดพรนเปยกลดอณหภมอากาศพรอมกบเพมอตราการไหลเมอเทยบกบอากาศแหง ระบบนเหมาะกบอากาศทมความชนสมพทธตำ

• ระบบทำใหเกดหมอก (fogging system) ใชการพนนำทละอองเลกมากจนเหมอนหมอกไปผสมกบอากาศ ละอองนำจะระเหยและสงผลใหอากาศมอณหภมลดลงนอกจากนอตราการไหลของอากาศชนทไหลออกจะมากกวาอตราการไหลของอา-กาศแหงทไหลเขา ระบบนเหมาะกบอากาศทมความชนสมพทธตำ

• ระบบทำความเยนแบบดดกลน (absorption cooling system) ใชความรอนขบเคลอนการทำงานของระบบซงอาจมแอมโมเนยเปนสารทำความเยน ระบบนทำ-งานไดในอากาศทมความชนสมพทธสง

• ระบบทำความเยนแบบอดไอ (vapor compression system) ใชไฟฟาขบเคลอนการทำงานของระบบ ระบบนทำงานไดในอากาศทมความชนสมพทธสง

นอกจากนกำลงงานและประสทธภาพจะเพมขนจากการดดแปลงวฏจกรเบรยตนรปท 10.19 แสดงแผนภาพของวฏจกรพนไอนำ (steam injection cycle) วฏจกรนใชความรอนจากกาซเสยทออกจากเครองกงหนในการผลตไอนำในเครองแลกเปลยนความรอน ไอนำทไดจะถกพนเขาหองเผาไหมพรอมกบอากาศและเชอเพลง ผลทไดคอกำลงงานและประสทธภาพทเพมขนเมอเทยบกบวฏจกรกงหนกาซในรปท 10.1

รปท 10.19: วฏจกรพนไอนำ

รปท 10.20 แสดงแผนภาพของวฏจกรการระเหย (evaporation cycle) เมอเปรยบเทยบกบวฏจกรกงหนกาซในรปท 10.1 จะเหนวาอปกรณทเพมเตมคอ เครอง


ระเหยและอปกรณแลกเปลยนความรอน หลงจากอากาศความดนสงออกจากเครองอดกาซมนจะไหลผานเครองระเหย นำทพนเขาเครองระเหยจะกลายเปนไอเมอผสมกบอา-กาศซงทำใหอตราการไหลของอากาศชนทออกจากเครองระเหยมากกวาอตราการไหลเขาของอากาศแหง กอนไหลเขาหองเผาไหมอากาศจะไดรบความรอนเพมขนจากการแลกเปลยนความรอนกบกาซเสยทออกจากเครองกงหน วฏจกรการระเหยจงกำลงงานสทธและประสทธภาพสงกวาวฏจกรเบรยตน

รปท 10.20: วฏจกรการระเหย

10.4 เครองกำเนดไอนำแบบกความรอน

เครองกำเนดไอนำแบบกความรอนหรอ HRSG ทำหนาทเปลยนนำปอนเปนไอนำยวดยงโดยใชความรอนจากกาซเสยทไดจากเครองกงหนกาซ HRSG เปนอปกรณแลกเปลยนความรอนทมกาซเสยไหลสวนทางกบนำและไอนำ โพรไฟลของอณหภมกาซเสยและนำแสดงในรปท 10.21 เหนไดวาผลตางอณหภมของกาซเสยและนำเปลยนแปลงตลอดการไหล ผลตางอณหภมทนอยทสดเกดขนเมอนำอมตวเรมเปลยนสถานะทอณหภม Ty ในขณะทกาซเสยมอณหภม Tx จดนซงเรยกวาจดพนช (pinch point) เปนขอจำกดของการออกแบบ HRSG เนองจาก Tx � Ty ตองมคามากกวาศนย ขนาดของเครองกำเนดไอนำแบบกความรอนจะขนอยกบจดพนชกลาวคอถาจดพนชทมคานอยจะ

10.4 เครองกำเนดไอนำแบบกความรอน 261

สงผลใหการแลกเปลยนความรอนใน HRSG มประสทธผลสง แต HRSG จะตองมขนาดใหญ โดยทวไปจดพนชมคาอยระหวาง 5-30ÆC

รปท 10.21: โพรไฟลอณหภมใน HRSG

HRSG มสามแบบคอ แบบแนวนอน (horizontal) แบบแนวตง (vertical) และแบบไหลผานครงเดยว (once-through) รปท 10.22 แสดง HRSG แบบแนวนอนซงมเครองประหยดเชอเพลง เครองระเหยและเครองทำไอนำยวดยงวางเรยงกนตามแนวนอน ทงหมดเปนกลมทอซงอาจเปนทอเรยบหรอทอตดครบกได ทอตดครบไดรบความนยมมากกวาเพราะกาซเสยมขเถานอยจงไมสรางความสกปรกใหทอมากนก กาซเสยจะไหลจากเครองทำไอนำยวดยงไปเครองประหยดเชอเพลง นำปอนทไหลเขาเครองระเหยทางทอนำขนไมไดกลายเปนไอนำทงหมดเมอออกจากเครองระเหย ดงนนจงตองมถงพกไอนำแยกไอนำอมตวออกจากนำซงจะไหลลงทางทอนำลงกอนไหลเขาทอขนอกครง

รปท 10.22: เครองกำเนดไอนำแบบกความรอนแนวนอน


การไหลเวยนของไอนำใน HRSG แบบแนวนอนเปนไปโดยธรรมชาตเนองจากความหนาแนนทตางกนในทอนำลงและทอนำขน ดงนน HRSG แบบแนวนอนจงไมตองมเครองสบ

รปท 10.23 แสดง HRSG แบบแนวตง เครองประหยดเชอเพลง เครองระเหยและเครองทำไอนำยวดยงวางเรยงกนตามแนวตง กาซเสยไหลขนจากเครองทำไอนำยวดยงไปเครองประหยดเชอเพลง แรงลอยตวของไอนำไมเพยงพอทำใหเกดการไหลเวยนของนำและไอนำใน HRSG แบบแนวตงไดจงตองมเครองสบชวยใหเกดการไหลเวยนในอตราทเหมาะสม HRSG แบบแนวตงตองการพนทนอยกวา HRSG แบบแนวนอนซงเปนขอไดเปรยบทสำคญของ HRSG แบบแนวตง HRSG แบบไหลผานครงเดยวมลกษณะทวไปคลาย HRSG แบบแนวตงแตไมมถงพกไอนำและทอทงหมดเชอมตอกนเพอใหนำปอนทไหลเขาทางดานบนกลายเปนไอนำยวดยงเมอไหลออกทางดานลาง

รปท 10.23: เครองกำเนดไอนำแบบกความรอนแนวตง

HRSG ในรปท 10.22 และ 10.23 เปนแบบความดนเดยว (single-pressureHRSG) เพราะการเปลยนสถานะของนำเปนไอนำเกดขนทความดนคาเดยว HRSG อาจถกออกแบบใหผลตไอนำมากกวาหนงความดนเพอเพมประสทธผล HRSG แบบสองความดน (double-pressure HRSG) มเครองประหยดเชอเพลง เครองระเหย ถงพกไอนำ และเครองทำไอนำยวดยงอยางละสองชดททำงานทมความดนตางกนดงแสดงในรปท 10.24 ไอนำยวดยงความดนตำทไดจะไหลเขาเครองกงหนไอนำความดนตำ และไอนำยวดยงความดนสงจะไหลเขาเครองกงหนไอนำความดนสง โรงไฟฟาพลงความรอนรวมทใช HRSG แบบสองความดนมประสทธภาพสงกวาโรงไฟฟาพลงความรอนรวมทใช HRSG แบบความดนเดยว อยางไรกตามโรงไฟฟาพลงความรอนรวมทสรางขนใหมนยมใช HRSG แบบสามความดน (triple-pressure HRSG) เพอเพมประสทธภาพของโรงไฟฟาใหสงขนอก


รปท 10.24: HRSG แบบสองความดน

ถงแมวา HRSG ทำหนาทผลตไอนำยวดยงเหมอนเครองกำเนดไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอน และมสวนประกอบหลกทเหมอนกน แตกมขอแตกตางสำคญระหวางเครองกำเนดไอนำทงสองแบบหลายประการ ดงน

• HRSG ใชกาซเสยรอนผลตไอนำ และอาจมการเผาไหมเชอเพลงกาซเพอผลตไอนำเพมเตม สวนเครองกำเนดไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอนมการเผาไหมเชอเพลงแขง

• HRSG ไมตองมพดลมดดอากาศหรอพดลมดดกาซเสย

• HRSG สามารถผลตไอนำหลายความดน สวนเครองกำเนดไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอนผลตไอนำความดนเดยว

• ความรอนถายเทใน HRSG โดยการพาความรอน สวนการถายเทความรอนในเครองกำเนดไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอนมทงการแผรงสความรอนและการพาความรอน

• HRSG ไมมผนงนำ

• HRSG ใชทอตดครบเพอเพมประสทธผลของการถายเทความรอน สวนเครองกำเนดไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอนใชทอเรยบ



1. อะไรคอขอแตกตางระหวางวฏจกรกงหนกาซกบวฏจกรเบรยตนแบบเปด

2. วฏจกรเบรยตนแบบปดมความไดเปรยบอยางไรเมอเทยบกบวฏจกรเบรยตนแบบเปด

3. รเจนเนอเรเตอรเพมประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนไดอยางไร

4. เขยนแผนภาพ T-s ของวฏจกรเบรยตนทมรเจนเนอเรชน การใหความรอนซำและอนเตอรคลลง

5. เขยนแผนภาพอปกรณของวฏจกรผสม

6. ถาวฏจกรเบรยตนมประสทธภาพ �B และวฏจกรแรงคนมประสทธภาพ �Rวฏจกรผสมในอดมคตจะมประสทธภาพเทาไร

7. การใหความรอนเพมเตมทเครองกำเนดไอนำแบบกความรอนในวฏจกรผสมเพอเพมอตราการผลตไอนำจะสงผลอยางไรตอประสทธภาพของวฏจกร

8. เครองกงหนกาซแบงเปนกแบบ อะไรบาง

9. ระบ ลกษณะ เฉพาะของ เครองกงหนกาซแบบอนพนธ ของ เครองยนตไอพนมาสองขอ

10. เครองอดกาซทนยมใชในโรงไฟฟากงหนกาซเปนแบบใด

11. อธบายการเกดสภาวะสะดดในเครองอดกาซ

12. หองเผาไหมแบบใดนยมใชในเครองกงหนกาซ

13. วธใดลดปรมาณ NOx ในหองเผาไหมของเครองกงหนกาซได

14. เครองกงหนกาซแบบสองเพลาหมายถงอะไร

15. การหลอเยนในใบพดของกงหนกาซใชอะไรเปนสารหลอเยน

16. สภาวะมาตรฐาน ISO ทใชทดสอบเครองกงหนกาซเปนสภาวะทมความชนสม-พทธเทาไร


17. กำลงงานของเครองกงหนกาซจะเปลยนแปลงอยางไรถาอณหภมอากาศแวดลอมลดลง

18. อตราความรอนของเครองกงหนกาซจะเปลยนแปลงหรอไม อยางไร ถาภาระของเครองตำกวาภาระสงสด

19. การลดอณหภมอากาศ ท ไหลเขา เครอง อดกาซ สงผลอยางไรตอสมรรถนะของเครอง

20. อะไรคอขอจำกดของการเพมสมรรถนะใหเครองกงหนกาซโดยระบบทำใหเกดหมอก

21. เขยนแผนภาพอปกรณของวฏจกรพนไอนำ

22. เขยนโพรไฟลของอณหภมนำและกาซเสยในเครองกำเนดไอนำแบบกความรอนพรอมทงระบทศทางการไหล

23. ระบสวนประกอบหลกของเครองกำเนดไอนำแบบกความรอน

24. รเจนเนอเรเตอรมประสทธผล 50% กาซเสยไหลเขาทอณหภม 300ÆC ไหลออกทอณหภม 200ÆC และอากาศไหลเขาทอณหภม 100ÆC จงคำนวณหาอณหภมอากาศทไหลออก

25. หาประสทธภาพของวฏจกรเบรยตนในอดมคตทมอณหภมตำสด 30ÆC อณหภมสงสด 2000ÆC และอตราสวนความดนเทากบ 4

26. ถาตองการใหประสทธภาพของวฏจกรในคำถามขอทแลวมคาเพมขน 50% จะตองตดตงรเจนเนอเรเตอรทมประสทธผลเทาไร (อากาศมคา k = 1.4, p =1.005 kJ/kg.K)

27. อากาศไหลเขาเครองอดกาซทอณหภม 300 K และความดน 1 atm เครองอดกาซมประสทธภาพ 80% จงหาอณหภมของอากาศทไหลออกถาความดนของอากาศทไหลออกเทากบ 8 atm (อากาศมคา k = 1.4)

28. กาซเสยไหลเขาเครองกงหนกาซทอณหภม 1300 K และความดน 8 atm เครองกงหนกาซมประสทธภาพ 80% จงหาอณหภมของกาซเสยทไหลออกถาความดนของกาซเสยทไหลออกเทากบ 1 atm (กาซเสยมคา k = 1.4)


29. วฏจกรเบรยตนมอนเตอรคลลงหนงครงและการใหความรอนซำหนงครง อตราสวนความดนของเครองอดกาซและกงหนกาซเทากบ

p2 อณหภมของอากาศทเขาเครองอดกาซแตละเครองเทากบ 300 K อณหภมของอากาศทเขากงหนกาซแตละเครองเทากบ 1300 K วฏจกรนมรเจนเนอเรเตอรทมคาประสทธผลเทากบ0.8 จงหาประสทธภาพของวฏจกร (กำหนดให p = 1.005 kJ/kg.K และ k =1.4)

30. วฏจกรผสมผลตกำลงงาน 200 MW โดยวฏจกรเบรยตนมอตราสวนความดนเทากบ 7.5 และอณหภมตำสดและสงสดเทากบ 15ÆC และ 750ÆC ตามลำดบกาซเสยทไหลออกจากกงหนกาซไดรบความรอนเพมเตมเพอทำใหอณหภมเปน750ÆC หลงจากนนจงไหลเขา HRSG เพอผลตไอนำยวดยงทมความดน 50 barและอณหภม 600ÆC ความดนในเครองควบแนนของวฏจกรเทากบ 0.1 bar จงคำนวณหาประสทธภาพของวฏจกร (กำหนดให p = 1.11 kJ/kg.K, k = 1.33และไมตองพจารณากำลงงานของเครองสบในวฏจกรแรงคน)

บทท 11

โรงไฟฟาพลงนำ

11.1 ลกษณะทวไป

แสงอาทตยทสองมาบนโลกทำใหนำในลำคลอง แมนำ ทะเลและมหาสมทรระ-เหย ความหนาแนนของไอนำนอยกวาอากาศ ไอนำจงลอยขนไปทระดบความสงหนงจากพนดนและกอตวเปนเมฆฝน เมอเมฆฝนมขนาดใหญไดพอเหมาะ ฝนกตกลงมาฝนบางสวนตกลงในแหลงนำทตงอยบนทสงหรอภเขา เมอนำไหลจากแหลงนำนลงสทตำ พลงงานศกยจะแปรรปเปนพลงงานจลนซงสามารถใชผลตไฟฟาไดดวยโรงไฟฟาพลงนำ (hydroelectric power plant) เหนไดวาพลงงานนำมทมาจากพลงงานแสงอา-ทตย การผลตไฟฟาจากพลงงานนำกคอ การใชประโยชนจากพลงงานแสงอาทตยทางออมนนเอง

โรงไฟฟาพลงนำมขอไดเปรยบหลายประการเมอเปรยบเทยบกบโรงไฟฟาประเภทอน กลาวคอ คาใชจายในการผลตไฟฟาตำเนองจากไมมตนทนคาเชอเพลงและดแลรก-ษางาย ทนทานตอการใชงาน เดนเครองโรงไฟฟาและหยดการทำงานไดรวดเรว อายการใชงานยาวนาน ประสทธภาพสง สามารถใชเปนไดทงหนวยผลตไฟฟาหลกและหนวยผลตไฟฟาสำรอง และไมกอใหเกดมลภาวะทางอากาศหรอทางนำ โรงไฟฟาพลงนำมขอเสยทตองการการลงทนกอสรางสงและใชเวลากอสรางนาน แตเมอกอสรางเสรจจนใชงานได การลงทนจะคมคา อยางไรกตามการกอสรางโรงไฟฟาพลงนำในบางพนทอาจไมคมคาเมอคำนงถงผลกระทบตอระบบนเวศน

โรงไฟฟาพลงนำมหลายขนาดตงแต 100 kW ถงมากกวา 30 MW โรงไฟฟาพลงงานนำแบงเปนสามประเภทคอ (1) โรงไฟฟาพลงงานนำแบบไมมอางเกบนำ (run-of-river plant) เปนโรงไฟฟาขนาดเลกทสรางขนขวางทางนำไหลในแหลงนำเลก ๆ ลำ-ธารหรอฝายตาง ๆ (2) โรงไฟฟาพลงงานนำแบบมอางเกบนำ (impoundment plant)

268 โรงไฟฟาพลงนำ

เปนโรงไฟฟาขนาดใหญทผลตไฟฟาจากพลงงานศกยของนำทมอยในแหลงนำธรรมชาตหรอแหลงนำทสรางขนมา และ (3) โรงไฟฟาพลงงานนำแบบสบนำกลบ (pumped-storage plant) เปนโรงไฟฟาทสามารถผลตไฟฟาไดจากพลงงานศกยของนำในแหลงนำและใชไฟฟาสบนำกลบขนไปแหลงนำเพอสะสมพลงงานศกย โรงไฟฟาสวนใหญในประเทศไทยเปนประเภททสอง

รปท 11.1 แสดงสวนประกอบหลกของโรงไฟฟาพลงนำ เขอน (dam) ทำหนาทกกเกบนำและปลอยนำสำหรบผลตไฟฟา ทอสงนำ (penstock) ทำหนาทแปลงพลงงานศกยของนำเปนพลงงานจลน เครองกงหนไฮดรอลก (hydraulic turbine) ทำหนาทแปลงพลงงานจลนของนำ เปนพลงงานงานกลในรปของการหมนเครองกงหน และเครองกำเนดไฟฟา (generator) ทำหนาทแปลงพลงงานกลจากเครองกงหนเปนพลง-งานไฟฟา

รปท 11.1: สวนประกอบหลกของโรงไฟฟาพลงนำ

นำทระดบความสง H เมอเทยบกบเครองกงหนและมอตราการไหลเชงปรมาตรQ จะมศกยภาพในการผลตไฟฟาได �gQH โรงไฟฟาพลงนำมประสทธภาพมากกวา75% ในการแปลงศกยภาพนเปนพลงงานไฟฟา ประสทธภาพของโรงไฟฟาพลงนำมคาเทากบอตราสวนระหวางพลงงานไฟฟาทไดจากโรงไฟฟากบพลงงานศกยของนำในเขอนประสทธภาพของโรงไฟฟาพลงนำขนกบประสทธภาพในการแปลงรปพลงงานของสวนประกอบตาง ๆ ของโรงไฟฟาดงน � = �p:�t:�g (11.1)

โดยท �p คอ อตราสวนระหวางพลงงานจลนของนำทออกจากทอสงนำกบ

11.2 เขอน 269

พลงงานศกยของนำในเขอน�t คอ อตราสวนระหวางพลงงานกลจากเครองกงหนไฮดรอลกกบพลงงานจลนของนำทออกจากทอสงนำ�g คอ อตราสวนระหวางพลงงานไฟฟาจากเครองกำเนดไฟฟากบพลงงานกลจากเครองกงหนไฮดรอลก

11.2 เขอน

ตนทนหลกของการสรางโรงไฟฟาพลงนำมาจากการสรางเขอน ซงคาใชจายสวนนรวมถงคาเวนคนทดนและคาใชจายแฝงในรปของระบบนเวศนทเปลยนไป อยางไรก-ตามเขอนมประโยชนในดานอนเชน เปนแหลงนำเพอการชลประทาน เปนแหลงเพาะพนธปลา และเปนสถานทพกผอน เปนตน เขอนเปนโครงสรางขนาดใหญทมคากอสรางสงและตองใชพนทมาก ทตงของเขอนเปนแหลงนำขนาดใหญทมนำปรมาณมากพอและมนำระดบสงพอทจะทำใหการสรางเขอนคมคา การจำแนกประเภทของเขอนอาจจำแนกดวยวสดทใชกอสรางเขอนเปนเขอนหนถม (rock-filled dam) เขอนดน (earth dam)และเขอนคอนกรต นอกจากน เมอพจารณาจากโครงสรางเขอนคอนกรตอาจแบงเปนเขอนถวงนำหนก (gravity dam) เขอนโคง (arc dam) และเขอนครบ (buttress dam)

• เขอนหนถมเหมาะกบทองถนทมหนจำนวนมากซงจะลดคากอสรางเขอน เขอนหนถมไมจำเปนตองมฐานรากทแขงแรงมาก เขอนถมมกมปญหาการรวซมของนำผานเขอน ดงนนจงตองมการสรางผนงกนนำดานหนาเขอนหรอการเสรมตรงกลางเขอนหรอดวยวสดกนนำเชน ดนเหนยว คอนกรตหรอยางมะตอย ตวอยางของเขอนชนดนในประเทศไทยไดแก เขอนศรนครนทร เขอนวชราลงกรณ และเขอนบางลาง เปนตน

• เขอนดนมคณสมบตคลายเขอนถมหนแตวสดทใชสรางเขอนสวนใหญเปนดนตวอยางเขอนชนดนในประเทศไทยไดแก เขอนสรกต เขอนแกงกระจาน และเขอนแมงด เปนตน

• เขอนถวงนำหนกมลกษณะรปหนาตดเปนสเหลยมคางหม สามเหลยม เขอนชนดนเหมาะกบการกอสรางในบรเวณทมหนฐานรากทแขงแรง ตวเขอนเปนคอนกรตทมความหนาและนำหนกมากพอทจะตานทานแรงดนของนำไดโดยอาศยนำหนกของตวเขอนเอง เขอนถวงนำหนกออกแบบงายและมความปลอดภยสงแตตองใชคอนกรตปรมาณมากในกอสราง จงมคากอสรางสง


• เขอนโคงถกออกแบบใหดานหนาเขอนโคงเขาหาแหลงเกบนำ ความโคงของเขอนจะตานแรงดนของนำได เขอนชนดนเหมาะทจะสรางในบรเวณหบเขาทมความกวางนอยกวาความสงมากและมหนฐานรากทแขงแรง ถาฐานรากไมแขงแรงพออาจจำเปนตองปรบฐานรากใหมความแขงแรงเพมขนกอน แลวจงสรางเขอนขนภายหลง ขอดของเขอนโคงคอ มรปรางบางกวาเขอนถวงนำหนกมากซงทำใหคากอสรางถกกวา แตมขอเสยคอ คาใชจายในการออกแบบและการดำเนนการทแพงกวา ประเทศไทยมเขอนโคงเพยงแหงเดยวคอ เขอนภมพลซงเปนเขอนคอน-กรตทมขนาดใหญทสดในประเทศ

• เขอนครบเปนเขอนคอนกรตเสรมเหลกมดานหนาเปนแบบเรยบหรอแบบโคงกไดและดานหลงมแผนคอนกรตรปครบ (buttress) หลายอนสำหรบรบแรงดนของนำและถายแรงไปยงฐานรากของเขอน เขอนชนดนใชวสดปรมาณคอนกรตนอยกวาเขอนถวงนำหนก 20-30% ทำใหมความแขงแรงนอยกวาและความปลอดภยจะลดลง จงไมนยมสรางเขอนใหมความสงมากนก

ตารางท 11.1 แสดงใหเหนวาเขอนสวนใหญในประเทศไทยเปนเขอนหนถม เขอนทใหญทสดในประเทศไทยคอ เขอนศรนครนทร แตเขอนทมโรงไฟฟาพลงนำขนาดใหญทสดของประเทศคอ เขอนภมพล

ตารางท 11.1: เขอนทสำคญในประเทศไทย

เขอน ทตง ประเภท ความจ กำลงการผลตไฟฟา(m3) (MW)

ภมพล ตาก เขอนโคง 13462 731ศรนครนทร กาญจนบร เขอนหนถม 17745 720สรกต อตรดตถ เขอนดน 9510 500วชราลงกรณ กาญจนบร เขอนหนถม 8860 300รชชประภา สราษฎรธาน เขอนหนถม 3057 240บางลาง ยะลา เขอนหนถม 1420 72อบลรตน ขอนแกน เขอนหนถม 2263 55สรนธร อบลราชธาน เขอนหนถม 1967 36

ระดบนำในเขอนอาจสงจนนำลนขามสนเขอนไดในกรณทมฝนตกมากและทำใหปรมาณนำสะสมในแหลงเกบนำมากเกนไป เพอควบคมระดบนำไมใหสงเกนไปจงตอง

11.3 ทอสงนำ 271

มการกอสรางชองระบายนำลน (spillway) ควบคไปกบเขอน ชองระบายนำลนทำหนาทระบายนำทงผานเขอน สนของชองระบายนำลนจะเทากบระดบนำเกบกก ถาระดบนำสงกวาระดบเกบกกนำจะระบายออกทางชองระบายนำลนทนท การระบายนำตามปกตในปรมาณทคาดการณไวเมอออกแบบเขอนจะใชชองระบายนำลนปกต (service spillway)แตถาปรมาณนำเกนกวาทคาดการณไวกจำเปนตองระบายนำออกทางชองระบายนำลนฉกเฉน (emergency spillway) สนของชองระบายนำลนฉกเฉนจะสงกวาสนของชองระบายนำปกตเพอใหนำไหลผานชองระบายนำลนปกตกอนชองระบายนำลนฉกเฉน

11.3 ทอสงนำ

ทอสงนำมสองสวน สวนแรกเปน ทอสงนำความดนตำ (low-pressure con-duit) นำทออกจากเขอนจะไหลเขาทอสงนำความดนตำเปนลำดบแรก ทางเขาทอตดตงตะแกรง (screen) เพอปองกนเศษไม, วชพช หรอวตถขนาดใหญไหลเขาไปในทอสงนำซงอาจจะเขาไปสรางความเสยหายใหใบพดของเครองกงหนได ขนาดของชองตะแกรงจะตอง ไม เลกหรอ ใหญ เกน ไป ถา เลก เกน ไปจะจำกด อตราการ ไหลของนำภายใน ทอสงนำ ถาใหญเกนไปกจะไมสามารถปองกนวตถขนาดใหญได ดานปลายของทอนจะตอกบถงลดแรงดนนำ (surge tank) ซงทำหนาทดดซบความดนนำทเพมอยางกระทนหนและเพมความดนใหนำในกรณทความดนนำลดลงอยางกระทนหน สวนทสองเปนทอนำความดนสง (penstock) ทลาดลงเพอเพมความดนของนำ ทอสงนำความดนตำอาจสรางจาก PVC หรอโพลเอตทลน (polyethelene) ทอสงนำความดนสงอาจสรางจากเหลกกลาหรอคอนกรตเสรมเหลก ทอสงนำอาจวางใตดนหรอบนดนกได และอาจมขอตอการขยาย (expansion joint) เพอรบมอกบการเคลอนตวของแนวทอเมอเวลาผานไป

ถาพจารณาสมดลพลงงานของทอสงนำ จะไดสมการดงนp1� + 12V 21 + pL� = gH (11.2)

โดยท H คอ ระยะตามแนวตงจากระดบนำในเขอนถงทางออกจากทอสงนำ p1 คอความดนนำทางออก pL คอ ความดนสญเสย (pressure loss) ของการไหลในทอสงนำและ V1 คอ ความเรวเฉลยของนำทไหลออกจากทอสงนำซงคำนวณจากอตราการไหลหารดวยพนทหนาตดของทอ ประสทธภาพของทอสงนำคอ�p = 1� pL�gH (11.3)


การไหลในทอทำใหเกดความดนสญเสยซงเปนสาเหตททำให �p นอยกวา 1 ความดนสญเสยมคาลดลงเมอขนาดของทอเพมขนและความยาวของทอลดลง ดงนนทอสงนำมกมขนาดใหญเพอลดความดนสญเสยและเพมอตราการไหลของนำแตขนาดของทอถกจำกดดวยราคา นอกจากนการออกแบบทอสงนำควรลดความยาวของทอทไมจำเปนและหลกเลยงการวางทอแบบหกมมซงจะเพมความดนสญเสยในทอ อยางไรกตามทอสงนำมกเปนคาใชจายหลกของการกอสรางโรงไฟฟาพลงนำเนองจากทอสงนำมกมขนาดใหญและมความยาวมาก

การควบคมการไหลในทอสงนำใชวาลวซงตดตงใกลทางเขาเครองกงหนไฮดรอลก โรงไฟฟาพลงนำททำหนาทจายไฟใหภาระสงสดในระบบมความจำเปนตองเปลยนอตราการไหลตลอดเวลา ในชวงทภาระลดลงตำกวาภาระสงสดโรงไฟฟาจะหยดเดนเครองโดยการปดวาลว การปดวาลวอยางกระทนหนทำใหเกดสภาวะคลนกระแทก (wa-ter hammer) ซงเปนสภาวะทความดนนำในทอเพมขนอยางรวดเรวและอาจมากกวาความดนททอออกแบบใหรองรบได สภาวะดงกลาวจงอาจทำใหทอเสยหายไดจากการความดนภายใน ในทางกลบกนการเปดวาลวอยางกระทนหนนำไหลออกจากทอสงนำอยางรวดเรวจนอาจเกดสภาวะสญญากาศในทอซงทำใหทอเสยหายจากการยบตวลงไดเชนกน วธปองกนความเสยหายจากการเปลยนคลนกระแทกและการเกดสญญากาศในทอคอ การตดตงถงลดแรงดนนำททอสงนำ หนาทอนของถงลดแรงดนนำคอ เปนทเกบนำทเกนความตองการของเครองกงหน จายนำเพมเตมใหเครองกงหนเมอมความตองการนำมากกวาปกตและลดการเปลยนแปลงความดนนำในทอสงนำ

ถงลดแรงดนนำมสามแบบ ถงลดแรงดนนำแบบธรรมดา (simple surge tank)เปนถงทรงกระบอกทมทางเขาขนาดเทาหนาตดของถง ถงตองมความสงเพยงพอสำหรบรองรบปรมาณนำทลนออกมาจากทอสงนำเมอปดวาลว ถงแบบนไมสามารถปองกนการเปลยนแปลงความดนในทออยางรวดเรวได ถงลดแรงดนนำแบบออรฟซ (orifice surgetank) มทางเขาขนาดเลกและสามารถรองรบการเปลยนแปลงความดนอยางรวดเรวในทอสงนำไดด ถงลดแรงดนนำแบบผลตาง (differential surge tank) เปนแบบผสมโดยมถงเลกอยในถงใหญ นำไหลจากทอสงนำเขาถงเลกผานออรฟซ นำทลนจากถงเลกจะไหลเขาถงใหญ จงไมมการสญเสยนำเหมอนสองแบบแรก รปท 11.2 แสดงถงลดแรงดนนำทงสามแบบ

11.4 กงหนไฮดรอลก

กงหนไฮดรอลกมตนกำเนดจากกงหนนำทใชเพอการเกษตร ในเวลาตอมาไดรบการพฒนาใหมประสทธภาพสงและมขนาดใหญขนจนสามารถใชในโรงไฟฟาพลงนำทง

11.4 กงหนไฮดรอลก 273

รปท 11.2: ถงลดแรงดนนำ

ขนาดเลกและขนาดใหญได หลกการทำงานทวไปของกงหนไฮดรอลกคลายกบกงหนไอนำและกงหนกาซ แตกงหนไฮดรอลกกมลกษณะเฉพาะเนองจากของไหลในกงหนไฮดรอลกเปนนำ

รปท 11.3 แสดงการไหลของนำทมความดนสง (p1) และความเรวสง (V1) เขากงหนไฮดรอลก นำทไหลออกมความดนตำ (p2) และความเรวสง (V2) สมมตวา ทางเขาและทางออกอยระดบเดยวกน และไมมการสญเสยพลงงานภายในกงหน สมการสมดลพลงงานของการไหลผานกงหนคอp1� + 12V 21 = p2� + 12V 22 + E (11.4)

งานในอดมคตทไดจากกงหนไฮดรอลกจงมคาดงนE = p1 � p2� + 12 �V 21 � V 22 � (11.5)

ประสทธภาพของกงหนคำนวณจาก �t = Ea tE (11.6)

โดยท Ea t คอ งานทไดจากกงหนจรง

11.4.1 ประเภทของกงหนไฮดรอลก

สมการ (11.5) แสดงใหเหนวา งานทไดจากกงหนไฮดรอลกมาจากสองสวนคอผลตางความดน และผลตางพลงงานจลน ระดบปฏกรยา (reaction degree) ของกงหนคอ อตราสวนของงานสวนแรกตองานรวมR = (p1 � p2)=�E (11.7)


รปท 11.3: สมดลพลงงานในกงหนไฮดรอลก

คา R เปนตวกำหนดประเภทของกงหนไฮดรอลก กงหนแรงดล (impulse turbine) มคา R เทากบศนย กงหนแรงปฏกรยา (reaction turbine) มคา R มากกวาศนย

กงหนแรงดลผลตงานพลงงานจลนของนำ นำทไหลเขากงหนแรงดลมความดนบรรยากาศและความเรวสง นำทไหลออกมความเรวตำ กงหนแรงดลทสำคญคอ กงหนเพลตน (Pelton turbine) รปท 11.4 แสดงลกษณะทวไปของกงหนเพลตน กงหนเปนวงลอขนาดใหญซงประกอบยดตดอยกบเพลาทตอกบเครองกำเนดไฟฟา ตามเสนรอบวงกงหนมใบพดรปถวยหลายใบ ลำนำจากทอสงนำไหลมายงหวฉด (nozzle) และพงออกไปปะทะใบพดทำใหเกดแรงกระทำตอใบพดซงทำใหกงหนหมนได จำนวนหวฉดมกมมากกวาหนงแตกมจำนวนไมมากเพราะลำนำทพงออกจากหวฉดหนงจะปะทะกบลำนำจากอกหวฉดถาอยใกลกนเกนไป หวฉดจะวางอยใกลตวกงหนเพอใหลดการกระจายของนำใหนอยทสด วาลวเขมฉด (needle valve) ทำหนาทควบคมอตราการไหลของนำทออกจากหวฉด อยางไรกตามการปดวาลวอยางรวดเรวจะทำใหเกดคลนกระแทกในทอสงนำ การหยดการทำงานของกงหนอยางกระทนหนจงไมใชวาลวเขมฉดเพยงอยางเดยว แตตองใชดเฟลกเตอร (deflector) เบนลำนำไปทศทางอน แลวจงคอย ๆปดวาลว กอนทจะนำดเฟลกเตอรกลบสตำแหนงเดม

ใบพดของกงหนเพลตนถกออกแบบใหมสนตรงกลางดงแสดงในรปท 11.5 นำจากหวฉดจะพงตรงไปทสนใบพดและไหลออกไปทางซายและขวาเทา ๆ กน ผวดานในทรบนำของใบพดเปนรปเวาโคงในลกษณะททำใหนำทมาปะทะไหลกลบทศทาง พลงงานจลนในนำจะถายเทใหใบพดในรปของพลงงานกลจากการหมนของวงลอ ถาการถายเทพลงงานเปนไปอยางสมบรณและ � = 180Æ ความเรวของนำเมอวกกลบจะลดลงเปนศนย (V2 = 0) ซงหมายความวาไมมพลงงานจลนหลงเหลอในนำทไหลออก และการแปลงพลงงานจลนของนำเปนพลงงานกลของกงหนเปนไปอยางสมบรณ อยางไรกตามมม 180Æ ทำใหเกดปญหาในทางปฏบตคอ ลำนำออกจะปะทะกบลำนำเขา ดงนนใบพดจงถกออกแบบให � มคาประมาณ 170Æ เทานน ผลทตามมาคอประสทธภาพสงสดของกงหนเพลตนจะนอยกวา 1 เนองจากนำทไหลออกยงคงมพลงงานจลนหลงเหลอ


รปท 11.4: กงหนเพลตน

อย (V2 > 0)

รปท 11.5: ใบพดของกงหนเพลตน

การทลำนำจากหวฉดพงชนใบพดอยางรนแรงตอเนองเชนนจะทำใหเกดความเคนสงในโลหะทใชเปนวสดใบพด ในขณะเดยวกนใบพดเองกจะมแรงเหวยงหนศนยกลางทพยายามแยกใบพดออกจากวงลอและแกนเพลา ดงนนวสดทนำมาใชทำใบพดจงตองเปนวสดอยางดททนตอการสกกรอน นอกจากนผวดานทสมผสกบนำของใบพดควรเรยบทสดเพอลดความเสยดทานในขณะทนำไหลวกกลบ

กงหนแรงปฏกรยาผลตงานจากผลตางความดนและพลงงานจลนของนำ ดงนนนำทไหลเขากงหนจงตองเปนนำทมความดนสง กงหนจมนำอยในโครงหม (casing) สงนเปนขอแตกตางทสำคญระหวางกงหนแรงปฏกรยากบกงหนแรงดล กงหนแรงปฏกร-ยาทสำคญคอ กงหนฟรานซส (Francis turbine) และกงหนคาปลาน (Kaplan turbine)

รปท 11.6 แสดงลกษณะของกงหนฟรานซส เหนไดวา กงหนฟรานซสจมอยในนำขณะทำงานและอยในเปลอกหม ในทางตรงขามกงหนเพลตนไมจมนำและไมม


อะไรหม สวนประกอบสำคญของกงหนฟรานซสคอ (1) โครงหมทสามารถทนความดนสง (2) ใบพดนำ (guide vane) หรอประตนำเขา (wicket gate) ซงทำหนาทเหมอนวาลวควบคมอตราการไหลของนำเขาสใบพดหมน นอกจากนหนาทอกประการหนงของใบพดนำคอ การปรบทศทางการไหลของนำใหเขาปะทะใบพดหมนทมมทเหมาะสม (3)ใบพดหมน (runner blade) ซงทำหนาทแปลงพลงงานศกยและพลงงานจลนของนำเปนพลงงานกลจากการหมน นำความดนสงจะไหลเขาใบพดหมนตามแนวรศมรอบวงแหวนของใบพดหมน หลงจากนนนำทออกจากใบพดหมนจะเปลยนทศทางการไหลเปนไหลออกตามแนวแกน

รปท 11.6: กงหนฟรานซส

กงหนคาปลานมสวนประกอบหลกคลายกงหนฟรานซส แตมการออกแบบทแตกตางกน ใบพดหมนของกงหนคาปลานมลกษณะคลายใบจกร (propeller) ของเรอเดนสมทรและมจำนวนเพยง 4 ถง 8 ใบพดซงนอยกวาจำนวนใบพดหมนของกงหนฟรานซสทเรยงตวอยรอบลอหมน รปท 11.7 แสดงลกษณะของกงหนคาปลาน ใบพดหมนปรบมมไดโดยใชเซอรโวมอเตอร (servo-motor) นำทไหลเขากงหนตามแนวรศมจะผานใบพดนำกอนเปลยนทศทางการไหลเปนการไหลตามแนวแกนและไหลผานใบพดหมนของกงหน การไหลเชนนแตกตางจากการไหลในกงหนฟรานซสซงนำจะไหลเขาตามแนวรศมแลวจงไหลออกตามแนวแกนหมน

สงหนงทปรากฏในรปท 11.6 และ 11.7 คอ อโมงคทายนำ (draft tube) ซงไมใชสวนประกอบของกงหนไฮดรอลก แตมกพบวามการตดตงอโมงคทายนำททางออกของกงหนแรงปฏกรยา ประโยชนของอโมงคทายนำคอ เพมงานทไดจากกงหนแรงปฏกรยาสมการ (11.5) แสดงใหเหนวาถากำหนดให p1 และ V1 มคาคงท E จะมคาเพมขนเมอ


รปท 11.7: กงหนคาปลานp2 และ V2 มคาลดลงโดยจะมคาสงสดEmax = p1� + 12V 21 (11.8)

เมอ p2 = 0 และ V2 = 0 ในกรณทนำถกปลอยจากกงหนไฮดรอลกสสงแวดลอมโดยตรง p2 จะเทากบความดนบรรยากาศ นอกจากนดวยขอจำกดบางประการ V2 ของกงหนแรงดลและกงหนแรงปฏกรยาจะมคามากกวาศนย ดงนน E จะมคานอยกวา Emaxขอจำกดนไมสามารถแกไขไดในกรณของกงหนแรงดล แตสำหรบกงหนแรงปฏกรยา มความเปนไปไดทจะเพม E ใหมคาใกลเคยงกบ Emax โดยใชอโมงคทายนำ รายละเอยดเพมเตมจะกลาวถงในหวขอ 11.5

11.4.2 การเปรยบเทยบประสทธภาพของกงหน

กงหนทงสามแบบมคณลกษณะตางกนและเหมาะกบสภาวะการใชงานทตางกนเครองกงหนไฮดรอลกถกเลอกใชตามสภาวะการใชงานเพอใหไดประสทธภาพสงสดปจจยสำคญทสงผลตอประสทธภาพของกงหนไฮดรอลกไดแก ระดบนำหรอเฮด (head)ของแหลงนำ ความเรวจำเพาะ (specific speed) และภาระของกงหน

• กงหนคาปลานเหมาะกบเฮดตำ (นอยกวา 60 m) กงหนฟรานซสเหมาะกบเฮดปานกลาง (60-350 m) และกงหนเพลตนเหมาะกบเฮดสง (มากกวา 350 m)อยางไรกตามในบางชวงของเฮดอาจมกงหนทเหมาะสมมากกวาหนงแบบ ซงตองใชปจจยอนประกอบการเลอกกงหน

• ประสทธภาพของกงหนไฮดรอลกขนกบเฮด (H) กำลงงาน (P ) และความเรว


รอบ (N ) ตวแปรเพลานรวมกนเปนตวแปรทเรยกวา ความเรวจำเพาะNs = NpPH5=4 (11.9)

โดยท N มหนวยเปนรอบตอนาท (rpm) P มหนวยเปน kW และ H มหนวยเปน m ชวงความเรวจำเพาะของกงหนไฮดรอลกอยระหวาง 4 ถง 1100 กงหนแตละแบบเหมาะกบการใชงานในชวงความเรวจำเพาะทตางกน ความเรวจำเพาะทสงหมายถงขนาดเครองกงหน เครองกำเนดไฟฟา และหองเครองทเลก ดงนนตามปกตกงหนทเลอกใชควรทำงานไดดทความเรวจำเพาะสง รปท 11.8 แสดงใหเหนวาประสทธภาพของกงหนขนกบความเรวจำเพาะ โดยกงหนเพลตนเหมาะกบความเรวจำเพาะตำ กงหนฟรานซสเหมาะกบความเรวจำเพาะปานกลาง และกงหนคาปลานเหมาะกบความเรวจำเพาะสง

รปท 11.8: การเปลยนแปลงประสทธภาพของกงหนสามประเภทตามความเรวจำเพาะ

• โรงไฟฟาพลงนำอาจถกใชงานเปนโรงไฟฟาภาระสงสดซงหมายความวา กงหนจะทำงานทภาระตำกวา 100% ผลกระทบของภาระตอประสทธภาพจงเปนสงทไมอาจมองขามไดในการพจารณาเปรยบเทยบกงหน รปท 11.9 แสดงผลของการเปลยนภาระของกงหนทมตอประสทธภาพ กงหนคาปลานมประสทธภาพสงในชวงภาระทกวาง กงหนเพลตนทำงานไดดในชวงภาระทแคบกวา ใบจกร (pro-peller) ในรปนหมายถงใบพดทปรบมมไมได (fixed-blade) ซงมประสทธภาพตำกวากงหนหลกทงสามแบบ

11.4.3 ระบบควบคมเครองกงหน

เครองกงหนไฮดรอลกทปราศจากการควบคมจะมความเรวรอบเพมขนเมอภาระลดลงจนความเรวรอบอาจเพมขนถงความเรวสงสด (runaway speed) ซงอาจทำให

11.5 อโมงคทายนำ 279

รปท 11.9: การเปลยนแปลงของประสทธภาพกงหนตามภาระ

เครองกงหนเสยหายได ในทางตรงขามภาระทสงขนจะลดความเรวรอบของเครองกงหนรปท 11.10 แสดงระบบควบคมเครองกงหน (turbine governing system) ซงทำหนาทควบคมความเรวรอบของเครองกงหนใหคงทเมอภาระเปลยนโดยการเปลยนอตราการไหลของนำ ตวควบคมของระบบเรยกวา กฟเวอรเนอรความเรว (speed governor) ซงเปนตวควบคมแบบไฟฟาไฮดรอลก (electro-hydraulic governor) สญญาณไฟฟาจากเซนเซอรความเรว (speed sensor) ซงวดความเรวรอบของกงหนจะถกสงไปกฟเวอร-เนอร ถาความเรวทวดไดนแตกตางกบความเรวของจดปรบตง กฟเวอรเนอรจะสงสญ-ญาณไฮดรอลกไปทอปกรณควบคม (actuator) ซงจะขยายสญญาณไฮดรอลกทสงไปยงเซอรโวมอเตอรใหปรบตำแหนงของวาลวเขมฉด (สำหรบกงหนเพลตน) หรอใบพดนำ(สำหรบกงหนฟรานซสและกงหนคาปลาน) เพอควบคมอตราการไหลของนำเขาใบพดหมน (runner) ระบบนสามารถควบคมความเรวรอบอยางแมนยำและมการควบคมแบบปอนกลบโดยใชตำแหนงของวาลวเขมฉดหรอใบพดนำเพอความมเสถยรภาพของระบบ

11.5 อโมงคทายนำ

อโมงคทายนำคอ ทอขนาดใหญซงทำหนาทรบนำหลงจากทนำผานออกมาจากกงหนเพอนำนำออกจากโรงไฟฟา ทอนอาจทำเปนทอทรงกรวยตรงหรอเปนของอฝงอยทคอนกรตกได สมการ (11.5) แสดงใหเหนวา E จะนอยกวา Emax ในสมการ(11.8) ถานำถกปลอยออกจากกงหนไฮดรอลกสบรรยากาศเพราะ p2 เทากบศนย แตV2 มากกวาศนย การปรบปรงใหกงหนแรงปฏกรยามสมรรถนะสงสามารถกระทำได


รปท 11.10: ระบบควบคมเครองกงหน

โดยการตดตงอโมงคทายนำตรงทางออกของกงหน รปท 11.11 แสดงการตดตงอโมงคทายนำทมความสง z ดานลางของกงหนแรงปฏกรยา กำหนดให 1 คอ นำทไหลเขาเครองกงหน 2 คอ ตำแหนงของนำทไหลออกจากกงหนเขาสอโมงคทายนำ และ 3คอ ตำแหนงของนำทไหลออกจากอโมงคทายนำ สมมตวาไมมความดนสญเสยในการไหลภายในอโมงคทายนำและความเรวของนำทไหลออกจากอโมงคทายนำเทากบศนยสมดลพลงงานระหวาง 1 กบ 3 นำไปสงานในอดมคตทไดจากกงหนE = p1 � p3� + 12 �V 21 � V 23 � (11.10)

นำทออกจากอโมงคทายนำมความดนบรรยากาศ ดงนน p3 = 0 นอกจากนการออกแบบอโมงคทายนำอยางเหมาะสมทำใหความเรวของนำทไหลออกจากมคานอย (V3 � 0)ดงนน E จะมคาใกลเคยง Emax โปรดสงเกตวา E ไมขนกบ z ดงนนกงหนสามารถตดตงสงจากระดบพนดนเทาไรกไดเพอความสะดวกในการเดนเครองและบำรงรกษาโดยไมสงผลตองานของกงหน

รปท 11.11: การไหลในอโมงคทายนำ

11.5 อโมงคทายนำ 281

การพจารณาสมดลพลงงานระหวาง 2 กบ 3 ใหสมการตอไปนp2� + V 222 + gz = V 232p2 = � ��gz + 12� �V 22 � V 23 �� (11.11)

สมการ (11.11) แสดงใหเหนวา p2 มคานอยกวาศนยเพราะ z มากกวาศนยและ V2มากกวา V3 การออกแบบอโมงคทายนำเพอให E มคามากขนจะสงผลให p2 มความเปนสญญากาศมากขน p2 ไมอาจมคานอยเกนไปไดเพราะจะทำใหเกดโพรงในของเหลว(cavitation)

นำ เปลยนสถานะจากของเหลวเปนไอเมอความดนของนำลดลงถงความดนไอ(vapor pressure) ซงขนกบอณหภม การทำใหนำเดอดอาจแบงสองวธ วธแรกคอ เพมอณหภมแตไมเปลยนความดน นำทความดนบรรยากาศ (101.3 kPa) เดอดทอณหภม100ÆC เนองจากความดนไอทอณหภมนเทากบความดนบรรยากาศ วธทสองคอ ลดความดนแตไมเปลยนอณหภม สมมตวานำมอณหภม 27ÆC ถาลดความดนของนำจากความดนบรรยากาศไปท 3.54 kPa นำกจะเดอดเนองจากความดนนคอความดนไอทอณหภม 27ÆC โพรงในของเหลวเกดจากการทความดนของนำนอยมากจนเกดฟองไอเกาะทผวของของแขงซงอาจเปนใบพดของเครองกงหนไฮดรอลก แตเมอใบพดเคลอนทไปยงตำแหนงทความดนมากกวาความดนไอ ฟองจะยบตวลงอยางรวดเรว ทำใหมความดนสง ณ จดทฟองยบตวซงอาจสงถง 7000 atm ปรากฏการณนเปนตวกดกรอนโลหะของกงหน อกทงยงทำใหเกดเสยงดงและการสนสะเทอน นอกจากนฟองไอทหลดจากผวใบพดกจะไปขดขวางการไหลของนำและทำใหอตราการไหลของนำตำกวาทควรจะเปนซงสงผลใหกำลงงานทผลตโดยกงหนนอยลง ดงนนโพรงในของเหลวจงเปนสงทควรปองกนไมใหเกดขนในกงหนไฮดรอลก

จดทความดนตำทสดในกงหนไฮดรอลกคอ ทางออกจากกงหน กงหนแรงดลไมมปญหาการเกดโพรงในของเหลวเพราะความดนทางออกมคาใกลเคยงกบความดนทางเขาแตกงหนแรงปฏกรยาทมการตดตงอโมงคทายนำมความเสยงทจะเกดปญหาโพรงในของเหลวไดเนองจาก p2 อาจมคานอยกวา pv � patm โดย pv คอ ความดนไอ และ patmคอ ความดนบรรยากาศ สมการ (11.11) แสดงใหเหนวา ถาตองการให p2 มคามากเพอหลกเลยงการเกดโพรงในของเหลว กงหนแรงปฏกรยาจะตองอยทระดบทไมสงมากนกจากระดบพนดนและความเรวของนำทไหลออกจากอโมงคทายนำตองไมนอยเกนไป


11.6 โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบ

โดยทวไปการสะสมพลงงานไฟฟาโดยโรงไฟฟาไมเปนทนยมเพราะมตนทนสง แตการสะสมพลงงานมขอดททำใหการใชโรงไฟฟามประสทธภาพมากขน โรงไฟฟาภาระหลกทเดนเครองไมเตมทในชวงความตองการไฟฟาตำเปนสาเหตททำใหแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาตำ ถาโรงไฟฟาสามารถเดนเครองมากขนในชวงเวลาดงกลาวกจะเพมแฟกเตอรความสามารถและลดตนทนการผลตไฟฟา ไฟฟาทผลตไดจะสะสมไวในรปอนและนำมาใชในชวงเวลาทระบบมความตองการไฟฟาสง การสะสมพลงงานไฟฟาเปนพลงงานศกยของนำในทสงอาจมความคมคาเชงเศรษฐศาสตรซงเปนเหตผลหนงทมการสรางโรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบหลายแหงในโลกรวมทงในประเทศไทย

โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบมลกษณะทวไปคลายโรงไฟฟาพลงนำแบบมอางเกบนำดงแสดงในรปท 11.12 สวนประกอบทเพมเตมขนมาคอ อางเกบนำหลงจากนำไหลออกจากเครองกงหนไฮดรอลก โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบอาจมระบบผลตไฟฟาซงมเครองกงหนและเครองกำเนดไฟฟาแยกจากระบบสบนำซงมเครองสบและมอเตอรสำ-หรบการสบนำจากอางเกบนำดานลางไปอางเกบนำดานบน ระบบผลตไฟฟาและระบบสบนำตางกมประสทธภาพไมถง 100% ซงหมายความวามการสญเสยพลงงานในระบบทงสองและพลงงานไฟฟาทผลตไดโดยโรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบจะไมเพยงพอกบการสบนำ โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบจงไมสามารถทำงานไดดวยตวมนเองแตตองอาศยพลงงานจากโรงไฟฟาอน

รปท 11.12 แสดงใหเหนวาถาเครองกงหนทำหนาทเปนเครองสบไดและเครองกำเนดไฟฟาทำหนาทเปนมอเตอรไดระบบผลตไฟฟาและระบบสบนำกจะรวมเปนระบบเดยวซงใชทอรวมกนและทำใหคาใชจายในการกอสรางโรงไฟฟาลดลงอยางมากเนองจากมอปกรณนอยลงและใชทอนอยลง อปกรณทเปนไดทงเครองกงหนและเครองสบเรยกวาเครองสบผสมเครองกงหน (pump-turbine) สวนอปกรณทเปนไดทงเครองกำเนดไฟฟาและมอเตอรเรยกวามอเตอรผสมเครองกำเนดไฟฟา (motor-generator)

เครองสบผสมเครองกงหนมลกษณะคลายกงหนฟรานซสแตใบพดคลายใบพดของเครองสบแบบหอยโขง (centrifugal pump) จากการทอปกรณนเปนการผสมผสานระหวางเครองกงหนและเครองสบ ประสทธภาพสงสดของอปกรณจงนอยกวาประสทธ-ภาพของเครองกงหนและเครองสบซง นอกจากนความเรวรอบทใหประสทธภาพสงสดขณะผลตไฟฟายงนอยกวาความเรวรอบทใหประสทธภาพสงสดขณะสบนำ ความเรวรอบทเลอกใชจงอาจอยระหวางความเรวรอบสองคาน แตถาใชมอเตอรผสมเครองกำ-เนดไฟฟาททำงานไดทสองความเรวรอบกจะแกปญหานได กลาวคอ เมอตองการสบนำขน เครองสบและมอเตอรจะทำงานทความเรวรอบคาหนง และเมอตองการผลตไฟฟา

11.6 โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบ 283

รปท 11.12: โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบ

เครองกงหนและเครองกำเนดไฟฟาจะทำงานทความเรวรอบอกคาหนงโรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบทใหญทสดในประเทศไทยตงอยทเขอนลำตะคอง

จงหวดนครราชสมา อางเกบนำตอนบนเปนอางเกบนำทสรางขนใหมโดยใชหนถมลาดดวยยางมะตอยเพอปองกนนำซมออกจากอาง อางเกบนำตอนลางคอ อางเกบนำลำ-ตะคองทมอยแลว เฮดอยระหวาง 620-660 m โรงไฟฟาตงอยลกจากผวดนประมาณ350 m ภายในโรงไฟฟาตดตงเครองสบผสมเครองกงหนและมอเตอรผสมเครองกำเนดไฟฟาขนาด 250 MW รวม 4 เครอง



1. ระบขอดของโรงไฟฟาพลงนำมาสามขอ

2. สวนประกอบใดของโรงไฟฟาพลงนำแปลงพลงงานศกยของนำเปนพลงงานจลน

3. โรงไฟฟาพลงนำแหงหนงไดรบนำจากระดบความสง 100 m ถานำไหลผานเครองกงหนนำดวยอตราการไหล 3:6� 105 kg/h อยากทราบวาโรงไฟฟาแหงนจะผลตไฟฟาไดไมเกนเทาไร

4. เขอนสวนใหญในประเทศไทยเปนเขอนแบบใด

5. เขอนเขอนสรกตเปนเขอนประเภทใด

6. เขอนใดในประเทศไทยมกำลงการผลตไฟฟาสงทสด

7. อปกรณใดทำหนาทปองกนการเปลยนแปลงความดนอยางกระทนหนในทอสงนำ

8. สภาวะคลนกระแทกหมายถงอะไร

9. ระบขอแตกตางระหวางกงหนแรงดลและกงหนแรงปฏกรยา

10. ใบพดของกงหนเพลตนมลกษณะอยางไร

11. ดเฟลกเตอรทำหนาทอะไรในกงหนเพลตน

12. อธบายความแตกตางระหวางกงหนฟรานซสกบกงหนคาปลาน

13. อปกรณใดทำหนาทควบคมอตราการไหลของนำเขากงหนฟรานซส

14. กงหนแบบใดเหมาะกบการทำงานทเฮดตำกวา 60 m

15. ทำไมกงหนคาปลานจงมประสทธภาพสงกวาใบจกร

16. สภาวะโพรงในของเหลวสงผลเสยอยางไร

17. จดใดในโรงไฟฟาพลงนำ ทใชกงหนแรงปฏกรยามความเสยงตอการเกดสภาวะโพรงในของเหลวมากทสด

18. อโมงคทายนำทำหนาทอะไร

11.6 โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบ 285

19. เครองสบผสมเครองกงหนทใชในโรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบมลกษณะคลายกงหนแบบใด

20. โรงไฟฟาพลงนำแบบสบกลบของประเทศไทยตงอยทใด


บทท 12

โรงไฟฟานวเคลยร

12.1 สญลกษณนวเคลยรและไอโซโทป

อะตอมประกอบดวยนวเคลยสซงมขนาดใหญ นำหนกมากและประจบวก และอเลกตรอนซงมขนาดเลก นำหนกเบาและประจลบ อเลกตรอนโคจรรอบนวเคลยส (nu-cleus) ทอยนง ตวนวเคลยสเองประกอบดวยนวตรอนและโปรตอนซงเรยกโดยรวมวานวคลออน (nucleon) นวตรอนไมมประจ ประจของโปรตอนมขนาดเทากบประจของอเลกตรอนแตเปนบวก จำนวนโปรตอนในอะตอมเทากบจำนวนอเลกตรอน ซงทำใหอะตอมมสมบตเปนกลางทางไฟฟา มวลนวตรอน (mn) คอ 1.008665 amu มวลโปร-ตอน (mp) คอ 1.007277 amu และมวลอเลกตรอน (me) คอ 0.0005486 amu โดยamu ยอมาจาก atomic mass unit มคาเทากบ 1:66� 10�27 kg โดยประมาณ ดงนนมวลเกอบทงหมดของอะตอมคอมวลของนวเคลยสเพราะมวลของนวตรอนและโปรตอนมากกวามวลของอเลกตรอนมาก

ธาตตางชนดกนมจำนวนโปรตอนตางกน ตวอยางเชน H มโปรตอน 1 ตว Heมโปรตอน 2 ตว และ C มโปรตอน 12 ตว จำนวนของโปรตอนเรยกวาเลขอะตอม(atomic number หรอ Z) จำนวนของนวคลออนเรยกวาเลขมวล (mass number หรอA) ดงนนจำนวนนวตรอนจงเทากบผลตางระหวางเลขมวลกบเลขอะตอม (A�Z) สญ-ลกษณนวเคลยร (nuclear symbol) คอ AZX โดยท X เปนสญลกษณของธาต ตวอยางเชน 11H เปนสญลกษณนวเคลยรของไฮโดรเจน 42He เปนสญลกษณนวเคลยรของฮ-เลยม และ 126C เปนสญลกษณนวเคลยรของคารบอน อนภาคอนทไมใชอะตอมกมสญลกษณนวเคลยรเชนกน อเลกตรอนมสญลกษณ 0�1e อเลกตรอนไมมนวคลออนแตเลขอะตอมเทากบ -1 หมายความวา ประจของอเลกตรอนตรงขามกบประจของโปร-ตอน นวตรอนมสญลกษณ 10n ซงหมายความวานวตรอนมนวคลออน 1 ตวซงกคอ ตว

288 โรงไฟฟานวเคลยร

นวตรอนนนเอง อยางไรกตาม ในกรณของอนภาคทไมมประจ ไมมโปรตอน และไมมนวตรอน เชน นวตรโน (neutrino) สญลกษณนวเคลยรคอ � ซงไมมตวหอยและตวยก

ธาตทกชนดมหลายไอโซโทป (isotope) โดยแตละไอโซโทปมเลขอะตอมเทากนแตมเลขมวลตางกน ตวอยางเชน ไฮโดรเจน (11H) มโปรตอน 1 ตวแตไมมนวตรอน ในขณะทดวเทอเรยม (21H) ซงเปนไอโซโทปของไฮโดรเจน มโปรตอนและนวตรอนอยางละหนงตว และทรเทยม (tritium) (31H) ซงเปนอกไอโซโทปของไฮโดรเจน มโปรตอน 1ตวและนวตรอน 2 ตว สญลกษณนวเคลยรอาจเขยนอยางยอวา X-Z แตใหความหมายครบถวนเหมอนสญลกษณเตมเนองจากธาต X มเลขอะตอมเปนเอกลกษณของตวมนเองซงหาดไดจากตารางธาต (periodical table) ตวอยางของสญลกษณนวเคลยรอาจเขยนอยางยอไดแก He-3 ซงหมายถง 32He และ U-235 ซงหมายถง 23592U อยางไรกตามสญลกษณอยางยอของดวเทอเรยมและทรเทยมไมนยมเขยนตามหลกดงกลาว แตนยมใชตวอกษร D และ T ตามลำดบ

ธาตตาง ๆ ในธรรมชาตมไอโซโทปหลกเพยงหนงไอโซโทปซงมปรมาณในธรรม-ชาตมากกวา ไอโซโทปอน ตวอยาง เชน ยเรเนยมในธรรมชาตประกอบดวย U-23599.282%, U-238 0.712% และ U-234 0.006% ไอโซโทปบางตวไมปรากฏในธรรมชาตแตสงเคราะหขนมาไดในหองปฏบตการหรอในปฏกรยานวเคลยร ถงแมวาไอโซโทปของยเรเนยมทพบในธรรมชาตมเพยง 3 ไอโซโทปแตถารวมทสงเคราะหขนมาแลวมตงแตU-227 ถง U-240 ไอโซโทปอาจอยในรปของสารประกอบเชน นำทพบในธรรมชาตประกอบดวย นำมวลเบา (H2O) และนำมวลหนก (D2O) สดสวนโดยมวลของนำมวลหนกในนำธรรมชาตประมาณ 1 สวนใน 3200 สวน

ไอโซโทปทตางกนของธาตเดยวกนมสมบตทางเคมเหมอนกน แตนำหนกตางกนโมเลกลทเกดจากไอโซโทปทตางกนของธาตเดยวกนกมสมบตทางเคมเหมอนกน แตสมบตทางกายภาพจะแตกตางกน ตวอยางเชน H2O และ D2O มสมบตทางเคมทเหมอนกนทกประการ แตสงทตางกนคอ จดเยอกแขง จดเดอด ความหนาแนน ความหนด เปนตน ดงนนกระบวนการทางเคมจงไมสามารถแยก D2O ออกจาก H2O ได การแยกนวเคลยสของไอโซโทปทตางกนของธาตเดยวกน หรอการแยกโมเลกลทประกอบดวยไอโซโทปตางกนตองใชสมบตทางกายภาพทตางกนของไอโซโทป

12.2 ปฏกรยานวเคลยร

เมอโมเลกลสองโมเลกลทำปฏกรยากนเปนโมเลกลใหม เราเรยกกระบวนการนวาปฏกรยาเคม ตวอยางเชน

C + O2 �! CO2

12.2 ปฏกรยานวเคลยร 289

เปนปฏกรยาเคมระหวาง C และ O2 จะเหนทงสองโมเลกลเกดการเปลยนแปลงทางเคมจากการรวมตวกนเปนโมเลกลใหม การรวมตวกนนแททจรงเปนการแลกเปลยนอเลก-ตรอนในวงโคจรนอกสดหรอวาเลนซอเลกตรอน (valence electron) แตไมมการเปลยนแปลงทนวเคลยส ดงนนจงไมมการเปลยนแปลงของธาตในปฏกรยาเคม ผลทตามมากคอมวลของสารตงตนและเทากบมวลของสารผลผลต

ในปฏกรยานวเคลยรมการเปลยนแปลงระดบนวเคลยส ทำใหธาตผลผลตตางจากธาตตงตน ตวอยางเชน A1Z1K ทำปฏกรยานวเคลยรกบ A2Z2L ได A3Z3M และ A4Z4NA1Z1K +A2Z2 L �!A3Z3 M +A4Z4 N

ปฏกรยานวเคลยรไมมการอนรกษมวลเหมอนปฏกรยาเคม อยางไรกตามผลรวมของเลขอะตอมและผลรวมของเลขมวลจะไมเปลยนแปลงในปฏกรยานวเคลยร ดงนนการทำสมดลจงใชสมการตอไปน Z1 + Z2 = Z3 + Z4A1 + A2 = A3 + A4ตวทำปฏกรยาและผลผลตของปฏกรยานวเคลยรอาจเปนอนภาคอนทไมใชนวเคลยสของอะตอม

ตวอยาง อยากทราบวาธาต X ในปฏกรยานวเคลยรขางลางนคออะไร2713Al + 42He �!3014 Si + AZX

วธทำ 13 + 2 = 14 + ZZ = 127 + 4 = 30 + AA = 1ธาตทมเลขมวล 1 และเลขอะตอม 1 คอ 11H หรอไอโซโทปหลกไฮโดรเจนนนเอง บางครงเราอาจเรยก 11H วา โปรตอนซงมสญลกษณ 11p


12.3 เสถยรภาพทางนวเคลยร

มวลของนวคลออนของอะตอมหนงรวมกนจะมคามากกวามวลของอะตอมนนผลตางของมวลเรยกวามวลพรอง (mass defect) ในกรณของ AZX มวลพรองมคาเทากบ �m = (A� Z)mn + Z(mp +me)�mX (12.1)

มวลพรองนเทยบเทากบพลงงานตามกฎของไอนสไตน (Einstein’s law)�E = �m 2 (12.2)

โดยท �m มหนวยเปน kg และ คอความเรวแสงในสญญากาศซงเทากบ 3:00� 108m/s โดยประมาณ พลงงาน �E นเรยกวาพลงงานยดเหนยว (binding energy) ของนวเคลยสเพราะมนทำหนายดโปรตอนและนวตรอนเขาดวยกน ถาตองการแยกโปรตอนและนวตรอนของนวเคลยสใดใหเปนอสระกตองใหพลงงานยดเหนยวแกนวเคลยสนนเพอใหมนสลายตว เนองจาก 1 amu = 1:66�10�27 kg มวลพรอง 1 amu จงเทยบเทากบ 1.494 �10�11 J หรอ 931 MeV

พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนกำหนดเสถยรภาพของนวเคลยส ในกรณของ42He มวลของนวเคลยส เทากบ 4.00277 amu ดงนน �m เทากบ 0.03037amu ซงเทยบเทากบ �E = 27.1 MeV เนองจาก 42He มนวคลออน 4 ตว ดงนนพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนเทากบ 6.78 MeV รปท 12.1 เปรยบเทยบพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของนวเคลยสตาง ๆ พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนจะเพมขนอยางรวดเรวตามเลขมวลจนมคามากสดทเลขมวลประมาณ 40 กอนทจะลดลงอยางชาๆ นวเคลยสทมพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนสงจะมเสถยรภาพสงกวานวเคลยสทมพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนตำ ดงนนธาตทมเลขมวลปานกลางเชน Fe, Co และNi จงมเสถยรภาพสง ในทางตรงขามธาตทมเลขมวลสง ๆ จะมคาพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนคอนขางตำ คอนอยกวา 7.5 MeV โดยประมาณ นวเคลยสของธาตเหลานตองการพลงงานกระตนเพยง 7.5 MeV เพอใหนวตรอนแยกตวออกมา11H มพลงงานยดเหนยวเปนศนยเพราะมนวคลออนเพยงหนงตว ดงนน 11H จงอาจรวมตวกนเพอเปน 42He ซงมเสถยรภาพมากขน กระบวนการนเรยกวา ฟวชน (fu-sion) ฟวชนทำใหมพลงงานถกปลดปลอยออกมา ซงหลกการผลตพลงงานนวเคลยรจาก 11H พลงงานแสงอาทตยมทมาจากฟวชนในดวงอาทตย แตการทำใหเกดฟวชนบนโลกเพอผลตพลงงานในปรมาณมากยงไมประสบความสำเรจ กระบวนการทตรงขามกบฟวชนคอ ฟชชน (fission) ซงหมายถงการแตกตวของธาตหนกทมเสถยรภาพตำเปน

12.4 กมมนตภาพรงส 291

รปท 12.1: พลงงานยดเหนยวตอนวคลออนของธาตตาง ๆ

ธาตขนาดกลางสองธาตทมเสถยรภาพมากขน ฟชชนใหพลงงานในปรมาณมากและสา-มารถควบคมใหผลตพลงงานไฟฟาได โรงไฟฟานวเคลยรทกโรงผลตไฟฟาดวยฟชชน

12.4 กมมนตภาพรงส

โดยทวไปไอโซโทปหลกของธาตเบาจะมเสถยรภาพสง ในขณะทไอโซโทปอนทมอยนอยในธรรมชาตจะม เสถยรภาพตำ นอกจากน ไอโซโทปทกตวของธาตหนกกมเสถยรภาพตำเชนกน นวเคลยสทมพลงงานยดเหนยวตอนวคลออนตำมสมบตเปนสารกมมนตรงส (radioactive matter) จะแผกมมนตภาพรงสเพอจะไดกลายเปนนวเคลยสทมเสถยรภาพมากขน การแผกมมนตภาพรงสจะเกดขนพรอมกบการปลดปลอยพลง-งานเนองจากมมวลบางสวนหายไป และกลายเปนพลงงานตามกฎของไอนสไตน กม-มนตภาพรงสทสำคญไดแก

1. รงสแกมมา (gamma ray)รงสแกมมานบเปนคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนตำและพลงงานสง นว-เคลยสทอยในสภาวะถกกระตน (excited state) จะแผรงสแกมมาออกมาเพอกลบสสภาวะปกต (ground state)�AZX

�� ! AZX +


รงสแกมมามความสามารถในการทะลทะลวงสงสดเนองจากไมมมวล

2. รงสเบตา (beta ray)รงสเบตาคอ อเลกตรอนทมความเรวสง แตความสามารถในการทะลทะลวงของรงสเบตาตำกวารงสแกมมา การปลดปลอยอเลกตรอนทำใหเลขอะตอมของนว-เคลยสเพม 1 แตเลขมวลไมเปลยน รงสเบตามกถกปลดปลอยออกมาพรอมกบอนภาคนวตรโนและรงสแกมมา เชน6027Co �! 6028Ni + 0�1 e + � + กมมนตภาพรงสในปฏกรยานมทงรงสเบตาและรงสแกมมา อนภาคนวตรโนไมทำปฏกรยากบสสารใด จงไมจดเปนกมมนตภาพรงส

3. รงสอลฟา (alpha ray)รงสอลฟาคอ นวเคลยสของฮเลยม รงสอลฟามกเกดขนพรอมกบรงสแกมมา เชน23994Pu �! 23592U +42 He + เนองจากนวเคลยสของฮเลยมมขนาดใหญกวาอเลกตรอน รงสอลฟาจงมความสามารถในการทะลทะลวงตำกวารงสเบตา

อตราการแผกมมนตรงสขนอยกบจำนวนนวเคลยสกมมนตรงสทเวลานน แตไมขนกบปจจยอนเชน อณหภม ความดน หรอสถานะของสาร กำหนดให N(t) เปนจำนวนนวเคลยสกมมนตรงสทเวลา t�dNdt = �N (12.3)

โดยท � คอคาคงทการสลายตว (decay constant) มหนวยเปน s�1 ผลเฉลยของสมการ(12.3) คอ N(t) = N(0)e��t (12.4)

โดยท N(0) เปนจำนวนเรมตนนวเคลยสกมมนตรงสอตราการสลายตวมกบงบอกดวยครงชวต (half-life) ของนวเคลยสกมมนตรงส

ครงชวตคอ เวลาทใชในการสลายตวของนวเคลยสกมมนตรงสจำนวนครงหนงของจำ-นวนนวเคลยสเรมตน ครงชวตสามารถคำนวณไดจากสมการ (12.4) โดยให t = t1=2ซงเปนครงชวตและ N(t1=2) = 0:5N00:5N0 = N(0)e�t1=2

12.4 กมมนตภาพรงส 293=) t1=2 = 0:6931� (12.5)

ผลทไดแสดงใหเหนวาครงชวตเปนสดสวนผกผนกบคาคงทการสลายตว ไอโซโทปตางกนมคา � และ t1=2 ตางกน ตารางท 12.1 แสดงครงชวตของนวเคลยสกมมนตรงสบางตว กมมนภาพรงสทเกดขน และพลงงานทไดจากแผกมมนตภาพรงส

ตารางท 12.1: ตวอยางของนวเคลยสกมมนตรงส

นวเคลยส ครงชวต กมมนตภาพรงส พลงงานทได (MeV)C-14 5715 ป เบตา 0.156N-16 7.13 วนาท เบตา, แกมมา 4.24 (เบตา), 6.129 (แกมมา)P-32 14.28 วน เบตา 1.170K-40 1.25 �109 ป เบตา 1.312Co-60 5.271 ป เบตา, แกมมา 0.315 (เบตา), 1.332 (แกมมา)Sr-90 29.1 ป เบตา 0.546I-131 8.021 วน เบตา, แกมมา 0.606 (เบตา), 0.364 (แกมมา)Xe-135 9.10 ชวโมง เบตา, แกมมา 0.910 (เบตา), 0.250 (แกมมา)Cs-137 30.2 ป เบตา, แกมมา 0.514 (เบตา), 0.662 (แกมมา)Rn-222 3.823 วน อลฟา, แกมมา 5.490 (อลฟา), 0.510 (แกมมา)U-235 7.40 �108 ป อลฟา 4.152U-238 4.47 �109 ป อลฟา 4.040Pu-239 2.41 �104 ป อลฟา 5.055

ตวอยาง จงหาจำนวนนวเคลยสของ Co-60 หลงจากเวลาผานไป 3 ป ถาจำนวนเรมตนคอ 1000 นวเคลยส

วธทำตารางท 12.1 แสดงใหเหนวา t1=2 ของ Co-60 คอ 5.271 ป คา � ไดจากสมการ

(12.5) � = 0:6931t1=2


แทนคา � ในสมการ (12.4)N(t) = N(0) exp��0:6931tt1=2 �= 1000� exp��0:6931� 35:271 �= 67412.5 ฟชชน

ปฏกรยานวเคลยร ทสำคญตอการผลตไฟฟา เกดจากการ ทนวตรอนพงชนนว-เคลยสของธาตหนกเชน U-235, U-238, Pu-239 และ Th-232 เปนตน นวเคลยสจะแตกตวเปนนวเคลยสขนาดกลางสองตวพรอมกบปลอยนวตรอนออกมา 2-3 ตว ปฏ-กรยาลกษณะนเรยกวา ฟชชน (fission) สมการฟชชนอาจเขยนไดดงนAZX + 10n �! A1Z1F1 + A2Z2F2 +m10nโดยท AZX คอ นวเคลยสของธาตหนก A1Z1F1 และ A2Z2F2 คอ นวเคลยสของธาตขนาดกลาง และ m คอ จำนวนของนวตรอน

ธาตหนกทใชเปนเชอเพลงของโรงไฟฟานวเคลยรคอ 23592U หรอ U-235 สมการฟชชนทเกดกบ U-235 ไมไดมเพยงหนงหรอสองสมการ แตมจำนวนมากเพราะความหลากหลายของธาตขนาดกลางทเปนผลผลตจากฟชชน ตวอยางสมการฟชชนของ U-235 ไดแก 23592U + 10n �! 14054Xe + 9438Sr + 20n1นวเคลยสของธาตขนาดกลางทไดจากฟชชนของ U-235 มนำหนกมวลอยระหวาง 75ถง 160 นวเคลยสเหลานไมมเสถยรภาพและจะแผกมมนตภาพรงสออกมาจนกระทงมนกลายเปนนวเคลยสทมเสถยรภาพในทสด นอกจากนนวเคลยสบางตวยงอาจปลดปลอยนวตรอนออกมา กระบวนการแผกมมนตภาพรงสของนวเคลยสทไดจากฟชชนเรยกโดยรวมวา กระบวนการประวง (delay process)

การพงชน U-235 ของนวตรอนไมไดทำใหเกดฟชชนทกครง ในบางครงนวตรอนจะถกดดกลนโดย U-236 และกลายเปน U-236 ซงอยในสภาวะถกกระตน23592U + 10n �! 23692U

12.5 ฟชชน 295

นวเคลยสทเกดขนนอาจปลอยรงสแกมมาออกมา แต U-236 เปนนวเคลยสทมเสถยร-ภาพมากโดยมครงชวตมากถง 2:34 � 107 ป U-236 จงสลายตวอยางชา ๆ ไมแตกตวเปนนวเคลยสขนาดกลาง ปฏกรยาลกษณะนเกดขนประมาณ 14% ของจำนวนครงทนวตรอนพงชน U-235 อก 86% ของการชนทำใหเกดฟชชน

ฟชชนเปนปฏกรยาทใหพลงงานเนองจากมวลของผลผลตนอยกวามวลของตวทำปฏกรยา ตวอยางเชน 23592U + 10n �! 13756Ba + 9736Kr + 210nมมวลของตวทำปฏกรยาเทากบ 235.0439 + 1.00867 = 236.0526 amu และมวลของผลผลตเทากบ 138.9061 + 96.9212 + 2(1.00867) = 235.8446 amu มวลของผลผลตจงนอยกวามวลของตวทำปฏกรยา 0.208 amu ซงเทยบเทากบพลงงาน 193.6 MeVแตกมพลงงานเพมเตมทไดจากกระบวนการประวง พลงงานเพมเตมหลงจากฟชชนรวมกบพลงงานทเกดขนทนทจากฟชชนมคาประมาณ 200 MeV พลงงานนกระจายในนว-เคลยสกมมนตรงสและอนภาคตาง ๆ ดงแสดงในตารางท 12.2 พลงงานประมาณ 190MeV จะกลายเปนความรอนในเตาปฏกรณนวเคลยรในทสด สวนพลงงาน 10 MeVของนวตรโนจะสญเสยออกจากเตาปฏกรณ นวตรโนเปนอนภาคขนาดเลกมากทมความสามารถทะลทะลวงสงมาก นวตรโนทงหมดจงออกเตาปฏกรณนวเคลยรโดยไมถายเทพลงงานใหวตถใด

ตารางท 12.2: การกระจายพลงงานทไดจากฟชชนของ U-235

พลงงาน (MeV)นวเคลยส 166รงสแกมมา 14นวตรโน 10รงสเบตา 5นวตรอน 5รวม 200

ตวอยาง จงหาปรมาณ U-235 ทตองใชในหนงวนเพอผลตความรอน 1 MW

วธทำ


โดยเฉลยนวเคลยส 1 ตวของ U-235 จะเกดฟชชน 0.86 ตวเพราะ 0.14 ตวทเหลอถกดดกลนหายไป ดงนนพลงงานทไดจากนวเคลยส 1 ตวของ U-235 จงคำนวณไดดงน E 0 = 0:86� 190� 1:60� 10�13= 2:61� 10�11 J

U-235 ปรมาณ 235 g ประกอบดวยนวเคลยส 6:02� 1023 ตว ดงนนพลงงานทไดจาก1 g ของ U-235 จงมคาดงนE = 1235 � 6:02� 1023 � E 0= 6:69� 1010 J

หนงวนม 86400 วนาทถาใช U-235 1 g ภายในหนงวน กำลงงานทไดจะเทากบP = 6:69� 101086400 = 0:774 MW

ดงนนความรอน 1 MW จะไดจาก U-235 1.3 g ตอวน

12.6 ปฏกรยาลกโซ

เตาปฏกรณนวเคลยรบรรจเชอเพลงนวเคลยรซงกคอ U-235 และวสดอน ๆ เตาปฏกรณนวเคลยรจะไดรบการออกแบบใหสามารถผลตพลงงานความรอนดวยฟชชนอยางตอเนอง ปฏกรยานวเคลยรทเกดขนอยางตอเนองในเตาปฏกรณนวเคลยรเรยกวาปฏกรยาลกโซ (chain reaction) สมการฟชชนแสดงใหเหนวา ฟชชนเกดจากนวตรอนเพยงหนงตว แตผลตนวตรอน 2-3 ตว ดงนนดเหมอนวาจะมนวตรอนททำใหเกดฟชชนตอเนองอยางไมสนสดได แตฟชชนจะเกดขนกตอเมอมเงอนไขทเหมาะสมเทานน นว-ตรอนทเกดจากฟชชนมพลงงานมากดงแสดงในตารางท 12.2 พลงงานนทำใหนวตรอนมความเรวสง มความเปนไปไดทจะเกดเหตการณตอไปนระหวางนวตรอนกบนวเคลยสของ U-235 และนวเคลยสอน

• มการชนกนระหวางนวตรอนกบ U-235 หรอนวเคลยสอนหลายครง แตไมมการดดกลนนวตรอน และในทสด นวตรอนกจะรวออกจากเตาปฏกรณนวเคลยร

12.6 ปฏกรยาลกโซ 297

• มการชนกนระหวางนวตรอนกบนวเคลยสอนหนงครงหรอหลายครง ในทสดนว-ตรอนจะถกดดกลนโดยนวเคลยส และนวเคลยสนนจะกลายเปนไอโซโทปใหม

• มการชนกนระหวางนวตรอนกบ U-235 หนงครงหรอหลายครง ในทสดนวตรอนจะถกดดกลนโดย U-235 จะกลายเปน U-236

• มการชนกนระหวางนวตรอนกบนวเคลยสของ U-235 หนงครงหรอหลายครงในทสดนวตรอนจะถกดดกลนโดย U-235 และเกดฟชชน

จะเหนวามโอกาสไมมากทจะเกดฟชชน ถาเตาปฏกรณนวเคลยรออกแบบไมดพอ ปฏก-รยาลกโซกจะไมเกดขน

เงอนไขทจะเกดฟชชนคอ การดดกลนนวตรอนโดยนวเคลยสของ U-235 หลง-จากการดดกลนแลวมโอกาสเกดฟชชนถง 86% อยางไรกตาม นวตรอนทจะถกดดกลนโดย U-235 ตองเปนนวตรอนทมความเรวตำ นวตรอนทมลกษณะเชนนเรยกวา นว-ตรอนชา (slow neutron) หรอนวตรอนสมดลความรอน (thermal neutron) เนองจากความเรวเฉลยของนวตรอนเทากบความเรวเฉลยของกาซทมอณหภมเดยวกน แตนว-ตรอนทผลตโดยฟชชนซงเรยกวา นวตรอนเรว (fast neutron) หรอนวตรอนพรอม(prompt neutron) มความเรวสงกวานวตรอนสมดลความรอนมาก นวตรอนพรอมจงจะไมถกดดกลนโดย U-235 แตจะตองชนกบนวเคลยสอนหลายครงกอนทความเรวของมนจะลดลงมาใกลเคยงกบนวตรอนสมดลความรอน การชนกนของนวตรอนกบนวเคลยสหรออนภาคขนาดใหญจะทำใหนวตรอนจะมความเรวลดลง

นวตรอนสวนใหญมความเรวสงหลงจากฟชชน ดงนนจงมความนาจะเปนนอยมากทนวตรอนเหลานจะทำใหเกดฟชชนตอเนอง การเพมความนาจะเปนของการเกดปฏกรยาลกโซคอ การลดความเรวของนวตรอน การชนกนของนวตรอนกบนวเคลยสหรออนภาคขนาดใหญทมความเรวตำกวาจะทำใหเกดการแลกเปลยนพลงงานจลนและโมเมนตม ทำใหความเรวของนวตรอนลดลง ความเรวจะลดลงมากทสดถาเปนการชนตรง ๆ อตราสวนระหวางพลงงานจลนนวตรอนหลงการชน (En2) และกอนการชน(En1) กบนวเคลยสทมเลขมวล A คำนวณไดจากหลกการอนรกษพลงงานและโม-เมนตม ผลทไดคอ En2En1 = �A� 1A+ 1�2

(12.6)

สมการนบอกวาความเรวของนวตรอนจะลดลงเพยงเลกนอยในการชนกบนวเคลยสหนก แตจะลดลงมากในการชนกบนวเคลยสเบา นวตรอนจะเสยพลงงานไมเกน 2% ในการชนกบนวเคลยสของ U-238 แตจะเสยพลงงานไมเกน 28% ในการชนกบนวเคลยส


ของ C-12 ดงนนวสดททำหนาทลดความเรวของนวตรอนในเตาปฏกรณนวเคลยรจงควรทำจากธาตเบา อยางไรกตามยงมปจจยอนทตองพจารณาในการวสดทเหมาะสม ปจ-จยทสำคญคอ การดดกลนนวตรอนโดยวสดนนซงควรมคาตำเนองจากถาวสดนนดดกลนนวตรอนไปมากกจะมนวตรอนเหลอนอยลงทจะทำใหเกดฟชชนและปฏกรยาลกโซกจะเกดยากขน

12.7 สวนประกอบของเตาปฏกรณนวเคลยร

สวนประกอบสำคญสอยางของเตาปฏกรณนวเคลยรคอ (1) แกนเชอเพลง (fuelcore) (2) สารหลอเยน (coolant) (3) โมเดอเรเตอร (moderator) (4) แทงควบคม(control rod) และ (5) เปลอกเตาปฏกรณ (reactor vessel)

• แกนเชอเพลงมเชอเพลงนวเคลยรเปนองคประกอบหลก เชอเพลงอาจเปนยเร-เนยมธรรมชาต หรอยเรเนยมเสรมสมรรถนะซงอยในรปของสารประกอบเชน ย-เรเนยมไดออกไซด (UO2) หรอยเรเนยมคารไบด (UC) เชอเพลงนวเคลยรมกทำเปนแทงหอหมดวยวสดเคลอบ (cladding material) ซงอาจทำจาก Al, Mg,Zr, เหลกกลาหรอกราไฟต วสดเคลอบตองทำใหเชอเพลงคงรปอยไดภายใตทกสถานการณ แทงเชอเพลงมอายใชงานประมาณ 3 ป แตการเปลยนแทงเชอเพลงมกกระทำทกปโดยนำแทงเชอเพลงจำนวนหนงในสามออกไป และแทนทดวยแทงเชอเพลงใหม เตาปฏกรณบางแบบอาจออกแบบใหเปลยนแทงเชอเพลงไดในขณะทเตาปฏกรณกำลงทำงาน แตในเตาปฏกรณสวนใหญการเปลยนแทงเชอเพลงตองกระทำเมอเตาปฏกรณหยดทำงานแลว

• สารหลอเยนทำหนาทระบายความรอนทเกดจากฟชชนและกระบวนการประวงในแกนเชอเพลง คณสมบตของสารหลอเยนคอ มความจความรอนสง นำความรอนด มความหนดตำ ราคาไมแพง และมเสถยรภาพภายใตสภาวะแวดลอมในเตาปฏ-กรณ ตวอยางของสารหลอเยนทนยมใชคอ นำ นำมวลหนก อากาศ กาซคารบอนไดออกไซด และกาซฮเลยม

• โมเดอเรเตอรทำหนาทลดความเรวของนวตรอนทไดจากฟชชน โมเดอเรเตอรควรมเลขมวลตำเพอลดความเรวของนวตรอนอยางรวดเรว นอกจากนโมเดอเรเตอรควรมความสามารถในการดดกลนนวตรอนตำ ตวอยางของโมเดอเรเตอรไดแก นำนำมวลหนก และกราไฟต เปนทนาสงเกตวานำและนำมวลหนกเปนไดทงสารหลอเยนและโมเดอเรเตอร

12.8 ประเภทของเตาปฏกรณนวเคลยร 299

• แทงควบคมม ลกษณะเปนแทงยาว ททำดวยสารประกอบของโบรอนหรอแคด-เมยม ธาตเหลานดดกลนนวตรอนไดด แทงควบคมทำหนาทควบคมจำนวนนว-ตรอนในเตาปฏกรณไมใหมมากจนมฟชชนเกดขนมากเกนไป และอณหภมของเตาปฏกรณสงกวาคาทออกแบบไว แทงควบคมตอเขากบกลไกททำหนาทเหมอนลฟต กลไกนจะสอดแทงควบคมเขาไปแทรกระหวางแทงเชอเพลงเพอลดฟชชนหรอดงแทงควบคมออกเพอเพมฟชชน แทงควบคมมสามแบบคอ แทงจม (shimrod) ใชควบคมความหนาแนนนวตรอนอยางหยาบ ๆ แทงบงคบ (regulatingrod) ใชควบคมอยางละเอยด และแทงนรภย (safety rod) ใชในกรณฉกเฉนทตองการหยดการทำงานของเตาปฏกรณ แทงนรภยทำจากเหลกโบรอน (boronsteel) ซงสามารถเคลอนทเขาสแกนเตาปฏกรณอยางรวดเรว

• เปลอกเตาปฏกรณทำหนาทบรรจแกนเตาและอปกรณเสรมตวอน ๆ ผนงเตาไดรบการออกแบบใหทนความดนสงและทนสภาวะการแผรงสได ผนงเตาตองมความหนาพอสมควรเพอลดการแผรงสออกสภายนอก นอกจากนรอบ ๆ เตาตองมคอนกรตหมเพอปองกนไมใหอนภาคและรงสเลดรอดออกมาได ความหนาของเปลอกคอนกรตประมาณ 1.8 m

12.8 ประเภทของเตาปฏกรณนวเคลยร

เตาปฏกรณทใชในโรงไฟฟานวเคลยรทวโลกมความแตกตางกนทเชอเพลง โม-เดอเรเตอร สารหลอเยนและคณสมบตอน ๆ เตาปฏกรณสวนใหญแบงออกเปนหาแบบไดแก (1) เตาปฏกรณแบบนำความดนสง (pressurized water reactor, PWR) (2)เตาปฏกรณแบบนำเดอด (boiling water reactor, BWR) (3) เตาปฏกรณแบบหลอเยนดวยกาซ (advanced gas-cooled reactor, AGR) (4) เตาปฏกรณแบบนำมวลหนกความดนสง (pressurized heavy water reactor, PHWR) (5) เตาปฏกรณแบบRBMK (ยอมาจากภาษารสเซย Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy ซงแปลเปนภาษาองกฤษวา High Power Channel Reactor)

12.8.1 เตาปฏกรณแบบนำความดนสง

เตาปฏกรณแบบนำความดนสงใชแทงเชอเพลงประมาณ 200-300 แทงตอหนงมด จดเรยงในแนวตงอยภายในแกนเชอเพลง เตาปฏกรณขนาดใหญอาจมเชอเพลง150-250 มดวางตวในแนวตง มโลหะทรงครงทรงกลมครอบตอนบนซงเปดไดเพอเปลยนแทงเชอเพลง โมเดอเรเตอรและสารหลอเยนคอ นำ เชอเพลงทใชคอยเรเนยม


เสรมสมรรถนะ เปลอกเคลอบเตาทำจากเหลกกลาไรสนมหรอเซอรคาลอย (zircaloy)เปลอกเตามความหนามากเนองจากนำมความดนสง รปท 12.2 แสดงแผนภาพของเตาปฏกรณแบบน

รปท 12.2: เตาปฏกรณแบบนำความดนสง

ระบบผลตไฟฟาโดยใช PWR ประกอบดวยสองวงจรนำทำงานควบคกนดงแสดงในรปท 12.2 ในวงจรปฐมภม (primary loop) นำเยนทมความดนสงจะไหลผานเตาปฏกรณเพอระบายความรอนจากเตา นำรอนทไหลออกจากวงจรนจะแลกเปลยนความรอนกบนำในวงจรทตยภม (secondary loop) ในอปกรณแลกเปลยนความรอน นำในวงจรทตยภมมความดนตำและจะกลายเปนไอนำกอนไหลเขาเครองกงหนเพอผลตไฟฟาตอไป นำในวงจรปฐมภมมอณหภมประมาณ 325ÆC จงตองทำใหอยภายใตความดน150 เทาของความดนบรรยากาศจงจะไมเดอด เครองใหความดน (pressurizer) ถกตดตงในวงจรปฐมภมเพอโดยรกษาความดน ในกรณทมความผดพลาดจนทำใหนำในวงจรปฐมภมกลายเปนไอจะทำใหเกดฟชชนลดลงเนองจากความสามารถในการเปนโมเดอเร-เตอรของไอนำดอยกวานำ ดงนน PWR จงมระบบควบคมความปลอดภยในตวมนเอง

ขอเสยเปรยบของ PWR คอ อณหภมสงสดของนำไมเกนอณหภมของจดวกฤตคอ ประมาณ 374ÆC ซงหมายความวาไอนำในวงจรทตยภมกไมเกน 374ÆC เชนกนประสทธภาพของวฏจกรไอนำจงถกจำกดดวยอณหภมทคอนขางตำเมอเทยบกบวฏจกรไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอน อยางไรกตามเตาปฏกรณแบบนมการใชงานมากทสดโดยใชในการผลตไฟฟามากกวา 230 เครองและใชในการขบเคลอนเรอดำนำนวเคลยรอกหลายรอยเครอง


12.8.2 เตาปฏกรณแบบนำเดอด

เชอเพลงทใชในเตาปฏกรณแบบนำเดอดคอ ยเรเนยมเสรมสมรรถนะซงประกอบดวย U-235 ประมาณ 1.9-2.6 % ภายในแกนเชอเพลงบรรจเชอเพลงได 750 มด แตละมดมแทงเชอเพลง 90-100 แทง มโลหะทรงครงทรงกลมครอบตอนบนซงเปดไดเพอเปลยนแทงเชอเพลงรปท 12.3 แสดงแผนภาพของเตาปฏกรณแบบน นำใชเปนทงโมเดอเรเตอรและสารหลอเยนหมอน PWR แตวงจรการทำงานของระบบผลตไฟฟามเพยงวงจรเดยว นำทไหลผานเตาปฏกรณมความดนประมาณ 75 เทาของความดนบรร-ยากาศ บางสวนของนำจะกลายเปนไอนำโดยมอณหภมประมาณ 285ÆC ไอนำแหงจะถกแยกออกจากนำดวยอปกรณทตดตงอยทตอนบนของเตากอนไหลเขาสเครองกงหนนำปอนจากเครองควบแนนจะผสมกบนำทแยกออกจากไอนำ และไหลเขาเตาปฏกรณรปท 12.3 แสดงแผนภาพการทำงานของเตาปฏกรณแบบน

รปท 12.3: เตาปฏกรณแบบนำเดอด

เนองจากไอนำทอยรอบแกนเชอเพลงของเตาปฏกรณมการปนเปอนสารกมมน-ตรงส ดงนนอปกรณตาง ๆ รวมทงเครองกงหนไอนำจงตองออกแบบเพอใหสามารถทำงานในสภาวะทมกมมนตภาพรงส นอกจากนจะตองมการรกษาความปลอดภยจากการแผรงสขณะทำการบำรงรกษา อยางไรกตาม BWR มการออกแบบทซบซอนนอยกวาจงมตนทนทตำกวา PWR ดวยเหตผลนทำให BWR ไดรบความนยมมากเปนอนดบสองรองจาก PWR


12.8.3 เตาปฏกรณแบบนำมวลหนกความดนสง

PHWR มชอเรยกอกชอวา CANDU (Canadian Deuterium) เนองจากเตาปฏ-กรณแบบนออกแบบทประเทศแคนาดา CANDU มหลกการทำงานคลายกบ PWR แตใชนำมวลหนกเปนโมเดอเรเตอรและสารหลอเยนแทนนำในวงจรปฐมภม สวนวงจรทต-ยภมใชนำธรรมดาเหมอนกน นำมวลหนกมสมบตทางกายภาพและเคมใกลเคยงกบนำธรรมดา แตสมบตทางนวเคลยรตางกนมาก กลาวคอนำมวลหนกมความสามารถดดกลนนวตรอนทตำกวานำธรรมดา ดวยเหตนเชอเพลงทใชในเตาปฏกรณแบบนเปนยเร-เนยมธรรมดากได ไมจำเปนตองเปนยเรเนยมเสรมสมรรถนะเหมอนทใชใน PWR

รปท 12.4 แสดงลกษณะของเตาปฏกรณแบบนำมวลหนกความดนสง โมเดอเร-เตอรบรรจอยภายในถงขนาดใหญเรยกวาคาแลนเดรย (Calandria) ซงมชองวางอยในแนวนอนหลายรอยชองสำหรบบรรจเชอเพลง แตละชองมแทงเชอเพลง 12-13 แทงแทง เชอเพลง แตละ แทง ของ CANDU ม ความยาวประมาณครง เมตรบรรจ ใน ทอเซอรคาลอย (zircaloy) แทงควบคมจะถกสงเขาไปในคาแลนเดรยทางแนวดง นำมวลหนกความดนสงจะไหลผานชองในคาแลนเดรยเพอระบายความรอนออกจากฟชชนจนมอณหภมมากกวา 300ÆC จากนนจงไหลไปแลกเปลยนความรอนกบนำในวงจรทตยภมตอไป

รปท 12.4: เตาปฏกรณแบบ CANDU

CANDU มขอไดเปรยบจากการใชยเรเนยมธรรมดาเปนเชอเพลงซงมราคาถกกวายเรเนยมปรงแตง มาก เพราะ กระบวนการ เสรม สมรรถนะม ราคา แพง นอกจากน ขอ


ไดเปรยบอกหนงประการทสำคญของ CANDU คอ ความสามารถเปลยนแทงเชอเพลงไดโดยไมตองหยดการทำงานของเตาปฏกรณ การเปลยนแทงเชอเพลงใชระบบอตโนมตทควบคมจากระยะไกล อยางไรกตาม CANDU มขอเสยตรงทมนตองมขนาดใหญเพอลดการรวออกของนวตรอน และตองใชนำมวลหนกซงมสดสวนเพยง 1 ใน 3200 สวนของนำทพบตามธรรมชาต การแยกนำมวลหนกออกมาจงมขนตอนทยงยากและมคาใชจายสง

12.8.4 เตาปฏกรณแบบหลอเยนดวยกาซ

รปท 12.5 แสดงแผนภาพของเตาปฏกรณแบบหลอเยนดวยกาซ เตาปฏกรณแบบนใชยเรเนยมออกไซดทเสรมสมรรถนะจนม U-235 2.5-3.5% เปนเชอเพลงบรรจอยภายในทอเหลกไรสนม การหลอเยนเตาปฏกรณใช CO2 สวนโมเดอเรเตอรคอ กรา-ไฟตซงมจดหลอมเหลวสงมาก ดงนนเตาปฏกรณจงสามารถทำงานทอณหภมสง ๆ ไดและไอนำทไดจากการแลกเปลยนความรอนกบ CO2 ซงมอณหภมสงถง 650ÆC กอาจมอณหภมสงพอ ๆ กบไอนำในโรงไฟฟาพลงความรอน ประสทธภาพของวฏจกรไอนำของ AGR จงสงกวา PWR และ BWR นอกจากน AGR ยงมความปลอดภยสงกวาPWR และ BWR เนองจากไมไดใชนำในเตาปฏกรณจงไมมความเสยงทจะเกดการระ-เบดของไอนำ เตาปฏกรณแบบนใชอยางแพรหลายในสหราชอาณาจกร

รปท 12.5: เตาปฏกรณแบบหลอเยนดวยกาซ


12.8.5 เตาปฏกรณแบบ RBMK

เตาปฏกรณแบบ RBMK มลกษณะดงแสดงในรปท 12.6 เตาปฏกรณแบบนใชในประเทศรสเซยและประเทศทเคยเปนดนแดนในสหภาพโซเวยต เชอเพลงทำจากยเรเนยมเสรมสมรรถนะเพยงเลกนอย กราไฟตทำหนาทเปนโมเดอเรเตอร สวนนำใชเปนสารหลอเยนและจะกลายเปนไอนำทมอณหภมประมาณ 290ÆC เมอไหลผานแกนเตาปฏกรณคลาย BWR ปญหาจากการใชกราไฟตเปนโมเดอเรเตอรแตใชนำเปนสารหลอเยนคอ ถานำกลายเปนไอมากขนความสามารถในการหลอเยนจะลดลงแตปรมาณนวตรอนททำใหเกดฟชชนไมไดลดลงตามซงอาจทำใหเกดอบตเหตไดดงเชนอบตเหตทโรงไฟฟานวเคลยรในเมองเชอรโนบล ประเทศยเครนเมอป พ.ศ. 2529 ขอไดเปรยบของ RBMK คอ ความสามารถในการเปลยนเชอเพลงโดยไมตองหยดการทำงานของเตาปฏกรณ

รปท 12.6: เตาปฏกรณแบบ RBMK

12.9 เชอเพลงนวเคลยร

ถงแมวาพลโต เนยมหรอ ยเรเนยมธรรมชาตอาจใช เปน เชอเพลงสำหรบ เตาปฏ-กรณนวเคลยรทไดรบการออกแบบเปนพเศษได แตในทนจะกลาวถงเพยงยเรเนยมเสรมสมรรถนะซงเปนเชอเพลงเกอบทงหมดของโรงไฟฟานวเคลยร ขนตอนการผลตเชอเพลง

12.9 เชอเพลงนวเคลยร 305

นวเคลยรจากแรยเรเนยมประกอบดวย การสกดแรยเรเนยม การเสรมสมรรถนะ และการประกอบแทงเชอเพลง

ยเรเนยมในธรรมชาตอยในรปของสารประกอบยเรเนยมออกไซด (U3O8) แรย-เรเนยมทมความเขมขนมากพอทจะนำมาใชเปนเชอเพลงไดมจำนวนประมาณ 3.3 ลานตน กระจายอยในหลายประเทศซงเรยงลำดบจากประเทศทมสดสวนแหลงแรยเรเนยมมากไปหานอยดงน ออสเตรเลย (27%) คาซคสถาน (17%) แคนาดา (15%) อาฟรกาใต (11%) นามเบย (8%) บราซล (7%) รสเซย (5%) สหรฐอเมรกา (4%) และอซเบ-กสถาน (4%) แรยเรเนยมจะผานกระบวนการละลาย (leaching) ดวยสารละลายกรดผลผลตสดทายทไดเปนตะกอนยเรเนยมออกไซดซงมลกษณะเปนกอนสเหลอง (yel-low cake) โรงไฟฟานวเคลยรขนาด 1000 MW ตองใชยเรเนยมออกไซดประมาณ 200ตนตอป

U3O8 จะถกแปลงสภาพเปนยเรเนยมเฮกซาฟลออไรด (UF6) ซงจะไดรบความรอนจนกลายเปนของเหลวและกาซกอนผานกระบวนการเสรมสมรรถนะ เตาปฎกรณนวเคลยรทเดนเครองอยในปจจบนนใชยเรเนยมเสรมสมรรถนะทม U-235 ตงแต 1%ถง 4% ในกระบวนการเสรมสมรรถนะ U-238 อาจจะถกสกดออกไปถง 85% ผลผลตทไดจากกระบวนการนคอยเรเนยมเสรมสมรรถนะและยเรเนยมดอยสมรรถนะ (depleteduranium) ซงหมายถงยเรเนยมทมสดสวน U-235 นอยกวาทมในธรรมชาต (0.7%)วธการเสรมสมรรถนะยเรเนยมทสำคญมสองวธคอ วธแรงหนศนยกลาง (gas centri-fuge) และวธการแพรของกาซ (gas diffusion)

รปท 12.7 แสดงหนงขนทำงานของเครองเสรมสมรรถนะดวยวธแรงหนศนยกลางซงประกอบดวยถงทรงกระบอกซงหมนดวยความเรวสง UF6 จะไหลเขาถงทางดานบน 23892UF6 ซงหนกกวา 23592UF6 จะถกเหวยงออกจากศนยกลางมากกวา ดงนนสดสวนของ 23592UF6 ใน UF6 ทตำแหนงกลางถงจะมากกวาสดสวนของ 23592UF6 ในUF6 ทไหลเขา กาซทสบออกจากกลางถงกจะไดกาซ UF6 ทความเขมขนของ U-235มากกวาสดสวนของ U-235 ในกาซทไหลเขาเลกนอย UF6 จะไหลผานถงหลายใบทตออนกรมกนหลายสบขนเพอใหไดกาซ UF6 ทมสดสวนของ U-235 ตามทตองการ เครองเสรมสมรรถนะดวยวธแรงหนศนยกลางใชพลงงานนอยกวาเครองเสรมสมรรถนะดวยวธการแพรของกาซ และสามารถเพมสดสวนของ U-235 ในแตละขนทำงานมากกวาดงนน จำนวน ขนทำงาน ท ตอง ใช เสรม สมรรถนะ ยเรเนยม จง นอยกวา เครอง เสรมสมรรถนะดวยวธแรงหนศนยกลางไดรบความนยม และใชงานในหลายประเทศเชนสหราชอาณาจกร รสเซย ญปน เปนตน อยางไรกตาม เครองเสรมสมรรถนะดวยวธแรงหนศนยกลางมอตราการไหลของ UF6 ทตำ ขนทำงานของเครองจงตองตอแบบขนานกนเพอเพมอตราการไหล

รปท 12.8 แสดงขนทำงาน (stage) หนงของเครองเสรมสมรรถนะดวยวธการ


รปท 12.7: วธการเสรมสมรรถนะยเรเนยมดวยแรงหนศนยกลาง

แพรของกาซ แผนเมมเบรน (membrane) แบงขนทำงานเปนสองสวน สวนลางมความดนสงกวาสวนบน UF6 ทมความดนสงจะไหลเขาทางสวนลาง 23892UF6 มขนาดโมเลกลใหญกวาและไหลชากวา 23592UF6 ดงนนจงม 23592UF6 ไหลผานเมมเบรนมากกวา สดสวนของ 23592UF6 ใน UF6 ทสวนบนจงมากกวาสดสวนของ 23592UF6 ใน UF6 ทไหลเขาอยางไรกตาม มการเปลยนแปลงของสดสวนของ 23592UF6 ใน UF6 เพยงเลกนอยเทานนในการไหลผานหนงขนทำงาน เครองเสรมสมรรถนะจะตองประกอบดวยหลายรอยขนทำงาน ความเขมขนของ U-235 จงจะเพมขนถงระดบทตองการ ขอดของเครองเสรมสมรรถนะดวยวธการแพรของกาซคอ อตราการไหลของ UF6 สง แตขอเสยทสำคญคอ เครองใชพลงงานมาก ในปจจบนมเพยงสหรฐอเมรกาและฝรงเศสเทานนทใชเครองเสรมสมรรถนะดวยวธการแพรของกาซ

รปท 12.8: วธการเสรมสมรรถนะยเรเนยมดวยการแพรของกาซ

หลงจากการเสรมสมรรถนะกาซ UF6 จะผานการควบแนนกลายเปนของเหลวและถกปลอยใหเยนลงจนกลายเปนของแขง หลงจากนน UF6 จะถกนำมาแปลงสภาพ

12.10 การกำจดกากนวเคลยร 307

เปนผงยเรเนยมไดออกไซด (UO2) แลวจงอดเปนเมดทรงกระบอกทมขนาดเสนผาศนยกลางประมาณ 1 cm และยาวประมาณ 2 cm เรยกวาเมดเชอเพลง (fuel pellet) เมดเชอเพลงทไดแตงผวใหเรยบแลวจงบรรจลงในทอโลหะผสมเซอรโคเนยมยาวตงแต 60cm ถง 4 m ทอนเรยกวาแทงเชอเพลง แทงเชอเพลงหลายแทงจะมดรวมกนเปนขนาดตาง ๆ ขนกบความตองการของเตาปฏกรณนวเคลยร

12.10 การกำจดกากนวเคลยร

กากนวเคลยรหมายถง ของเสยจากการเดนเครองเตาปฏกรณนวเคลยร กากนว-เคลยรมสวนประกอบเปนไอโซโทปหลายไอโซโทปทมสามารถแผรงสในระดบนอยไปถงมาก ไอโซโทปเหลานมครงชวตตงแตไมกวนาทไปจนถงหลายรอยป กากนวเคลยรเปนอนตรายตอสงมชวตและสงแวดลอม การกำจดกากนวเคลยรจงนบเปนปญหาทสำคญปญหาหนงของโรงไฟฟานวเคลยร กากนวเคลยรจากโรงไฟฟานวเคลยรแบงตามระดบความแรงของรงสไดเปน (1) กากนวเคลยรระดบตำ (low-level waste) ไดแกวสดปนเปอนสารกมมนตรงสเชน ชดปฏบตงาน อปกรณ เครองมอ รวมทงนำทระบายทงจากโรงไฟฟา (2) กากนวเคลยรระดบกลาง (intermediate-level waste) ไดแกวสดและอปกรณในโรงไฟฟาทเลกใชงานแลว (3) กากนวเคลยรระดบสง (high-level waste)ไดแกแทงเชอเพลงทหมดอายการใชงานแลว

นำทงจากโรงไฟฟาจะผสมกบนำสะอาดเพอทำใหสารกมมนตรงสเจอจางลงกอนปลอยสแหลงนำ สวนกากนวเคลยรระดบตำและระดบกลางทเปนของเหลวและของแขงจะถกนำมาผานกระบวนลดขนาดกากนวเคลยรและลดความเขมขนของสารกมมนตรงสทปนเปอนในกากนวเคลยร จากนนจงนำไปบรรจในถงคอนกรตแลวจงนำไปฝงลกจากพนดนประมาณ 5-10 เมตร ขนกบระดบของกากนวเคลยร

กากนวเคลยรระดบสงมปรมาณนอยแตมความสามารถในการแผรงสสงมาก การกำจดจงยงยากกวากากนวเคลยรระดบตำและระดบกลาง กากนวเคลยรระดบสงซงสวนใหญเปนแทงเชอเพลงทหมดอายการใชงานแลวจะถกนำออกจากเตาปฎกรณนวเคลยรมาเกบไวในบอนำเพอระบายความรอนจากปฏกรยาประวงทยงคงดำเนนอย หลงจากนนกากนวเคลยร ระดบ สง จะ ถกอบ ให แหง แลวนำ ไปหลอมเหลวท อณหภม สง กบ แกวบอโรซลเกต (borosilicate glass) กอนบรรจลงถงคอนกรตและนำไปจดเกบในสถานททเหมาะสม การเกบกากนวเคลยรระดบสงทมปลอดภยสงคอ การฝงลงในชนหนแขงทมความลกจากระดบผวดนลงไปมากกวา 500 เมตร

แทงเชอเพลงทหมดอายการใชงานแลวประกอบดวย U-235 ประมาณ 1% U-238 ประมาณ 93% Pu-239 ประมาณ 0.5% และไอโซโทปอน ๆ ประมาณ 5.5%


วธกำจดกากนวเคลยรระดบสงทเปนแทงเชอเพลงทหมดอายการใชงานแลวอกวธหนงคอ การนำแทงเชอเพลงไปผานกระบวนการแยก U-235, U-238 และ Pu-239 ออกมาเพอนำมาผลตเปนแทงเชอเพลงใหม ความเขมขนของ U-235 อาจตำเกนไปแตกชดเชยดวย Pu-239 ซงเปนเชอเพลงนวเคลยรไดเหมอน U-235 อยางไรกตามอาจตองมการเสรมสมรรถนะยเรเนยม การนำเชอเพลงกลบมาใชใหมชวยลดปรมาณกากนวเคลยรทตองกำจดดวยการฝงไดมากจงไดรบความนยมจากหลายประเทศเชน สหราชอาณาจกรฝรงเศสและญปน แตขอเสยทสำคญของการนำเชอเพลงกลบมาใชใหมคอ Pu-239 สา-มารถนำไปผลตอาวธนวเคลยรไดงายกวา U-235 กระบวนการนจงเพมความเสยงทจะมการลกลอบขโมย Pu-239 จากโรงงานผลตเชอเพลงนวเคลยร จากโรงไฟฟานวเคลยรหรอระหวางการขนสงเชอเพลงจากโรงงานผลตเชอเพลงไปโรงไฟฟา บางประเทศเชนสหรฐอเมรกา แคนาดาและสวเดนจงไมนำเชอเพลงกลบมาใชใหมและกำจดกากนว-เคลยรระดบสงดวยวธอน

12.11 อนตรายของกมมนตภาพรงสตอมนษย

กมมนตภาพรงสทเขาสรางกายมนษยจะทำใหโมเลกลแตกตวเปนไอออน โมเล-กลสวนใหญในรางกายเปนโมเลกลนำ กมมนตภาพรงสทมพลงงานสงพอจะทำใหนำแตกตวเปนอนมลอสระ H+ และ OH� ซงจะไปทำปฏกรยากบโมเลกลอน ๆ ตอไปนอกจากนกมมนตภาพรงสยงอาจทำลายเซลลบางเซลลโดยตรง ผลกระทบของกมมน-ตภาพรงสตอสขภาพอาจแบงเปน ผลกระทบตอสขภาพ (somatic effect) และผลกระทบตอกรรมพนธ (genetic effect) ผลกระทบตอสขภาพหมายถง การทอวยวะในเกดความเสยหายจากกมมนตภาพรงส และโรคมะเรงทเกดจากกมมนตภาพรงส อวยวะทมความเสยงสงตอโรคมะเรงไดแก ตอมไทรอยด ไขสนหลงและปอด ผลกระทบตอกรรมพนธหมายถง ความผดปกตกบพนธกรรมทถายทอดจากผไดรบกมมนตภาพรงสไปยงลกหลานซงทำใหลกหลานมความผดปกตในรางกาย

มนษย ได รบกมมนตภาพรงส ตลอดเวลา แหลงกมมนตภาพรงส มา จากแหลงธรรมชาตเชน แสงอาทตย รงสคอสมก (cosmic ray) สารกมมนตรงสใตพนดน และกาซกมมนตรงสในอากาศ เทาทผานมา มนษยมววฒนาการในการปรบตวใหเขากบกม-มนตภาพรงสมาจากแหลงธรรมชาต ดงนนการไดรบกมมนตภาพรงสเพยงเลกนอยจงไมสงผลเสยตอสขภาพ อยางไรกตาม มนษยอาจไดรบกมมนตภาพรงสจากแหลงอนเชนผปวยบางคนยงตองไดรบกมมนตภาพรงสจากการทำรงสบำบด ผปฏบตการอาจไดรบกมมนตภาพรงสจากการใชรงสเอกซตรวจสอบความเสยหายของวสด และวศวกรอาจไดรบกมมนตภาพรงสจากการปฏบตงานในโรงไฟฟานวเคลยร ถากมมนตภาพรงสจาก

12.11 อนตรายของกมมนตภาพรงสตอมนษย 309

แหลงอนเหลานมคานอยเมอเทยบกบกมมนตภาพรงสทมนษยไดรบจากแหลงธรรมชาตกไมนาจะสงผลเสยตอสขภาพมากนก

กมมนตภาพรงสททำอนตรายตอมนษยคอ กมมนตภาพรงสทถกดดกลนโดยเนอเยอในรางกาย ในการดดกลนแตละครงจะมพลงงานถายเทจากรงสสเนอเยอซงจะสงผลใหเนอเยอถกทำลาย ปรมาณรงส (radiation dose) ขนกบพลงงานทถายเทตอมวลของเนอเยอ หนวยวดปรมาณรงสในระบบ SI คอ เกรย (Gy) 1 Gy เทากบพลงงานจากกมมนตภาพรงส 1 J ทดดกลนโดยเนอเยอ 1 kg อยางไรกตาม กมมนตภาพรงสมหลายชนดซงมรนแรงตางกน รงสจากอนภาคทมมวลนอยหรอความเรวตำมความรนแรงนอยกวารงสจากอนภาคทมมวลมากหรอความเรวสง ดงนนจงมการกำหนดคาปรมาณรงสเทยบเทา (equivalent radiation dose) ซงมคาเทากบผลคณระหวางแฟกเตอรคณภาพ(quality factor) กบปรมาณรงส หนวยของปรมาณรงสเทยบเทาคอซเวรตส (Sv) ตารางท 12.3 แสดงแฟกเตอรคณภาพ ของกมมนตภาพรงสและอนภาคหลายชนด

ตารางท 12.3: แฟกเตอรคณภาพของกมมนตภาพรงสและอนภาค

รงสและอนภาค แฟกเตอรคณภาพรงสเอกซ, รงสแกมมา, รงสเบตา 1นวตรอนชา 2นวตรอนเรว 10โปรตรอน 10รงสอลฟา 20ไอออนหนกอน ๆ 20

ถงแมวารางกายมนษยมกลไกแกไขความเสยหายทเกดจากกมมนตภาพรงส แตการไดรบกมมนตภาพรงสปรมาณนอยสะสมในรางกายเปนเวลานานกจะสงผลเสยตอสขภาพได ดงนนในการประเมนผลกระทบตอสขภาพ จงตองพจารณาปรมาณรงสเทยบเทาทรางกายไดรบสะสมในชวงเวลา 1 ป ปรมาณรงสเทยบเทาเปนอนตรายตอเนอเยอคอ 4 Sv ตอป แตปรมาณรงสเทยบเทาทมนษยไดรบจากธรรมชาตขนกบสถานทและมคาระหวาง 2-6 mSv ตอปเทานน ผทมความเสยงทจะไดรบกมมนตภาพรงสในระดบทเปนอนตรายจงเปนผทอยใกลโรงไฟฟานวเคลยรเมอเกดอบตเหตขนรายแรงทโรงไฟฟา

ตวอยาง คนงานในโรงไฟฟานวเคลยรแหงหนงสดอากาศทมทรเทยมซงแผรงสเบตา รงสถกดดกลนในปอดทมนำหนก 1 kg ถาพลงงานของรงสทถกดดกลนเทากบ4� 10�3 J จงคำนวณปรมาณรงสเทยบเทา


วธทำปรมาณรงสเทากบ 4� 10�3 J/1 kg = 4� 10�3 Gy แฟกเตอรคณภาพของรงส

เบตาคอ 1 ดงนนปรมาณรงสเทยบเทาคอ 1� 4� 10�3 = 4 mSv

12.12 ความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยร

ทบวงการพลงงานปรมาณ ระหวางประเทศ (International Atomic EnergyAgency) หรอ IAEA เปนหนวยงานในสงกดของสหประชาชาตทควบคมโรงไฟฟานว-เคลยรใหปฏบตตามกฎเกณฑดานความปลอดภยอยางเครงครด กฎเกณฑดงกลาวเกยวของกบสถานทตง การออกแบบ การกอสราง การทดสอบ การเดนเครอง การตรวจสอบและการบำรงรกษา บคลากรททำหนาทเดนเครองโรงไฟฟานวเคลยรจะตองผานการทด-สอบตามมาตรฐานของ IAEA และตองผานทดสอบใหมทก 3 ป

โรงไฟฟานวเคลยร ทกโรงไดรบการออกแบบโดยคำนงถงความปลอดภยจากรวไหลของกมมนตรงสขณะเดนเครอง มการปองกนการรวไหลอยางนอยสามชนคอ แทงเชอเพลงนวเคลยรทกแทงซงเปนแหลงผลตสารกมมนตรงสมแผนโลหะหมมดชด แทงเชอเพลงหลายแทงทอยในแกนของเตามเปลอกเตาปฏกรณนวเคลยรลอมรอบ และเตาปฏกรณบรรจอยภายในโครงสรางคอนกรตหนา ปรมาณสารกมมนตรงสทอยในแทงเชอเพลงจงตองผานดานสามดานกอนทจะเลดลอดออกมาได ดวยเหตนการรวไหลจงเกดขนนอยมาก นอกจากนการออกแบบโรงไฟฟานวเคลยรยงคำนงถงการปองกนอบตเหตรายแรงซงจะทำใหมการปลอยสารกมมตรงสปรมาณมากสสงแวดลอม ตวอยางเชน เตาปฏกรณมคณสมบตในการลดฟชชนถาอณหภมของเตาสงขน การหยดการทำงานของเตาโดยการหยอนแทงควบคมเขาไปในเตาเปนระบบอตโนมต

มความเขาใจผดวาอบตเหต ทรายแรงทสดของโรงไฟฟานวเคลยรคอ การระเบดอยางรนแรงพอ ๆ กบระเบดนวเคลยร ในความเปนจรงมความแตกตางอยางมากระหวางเชอเพลงของโรงไฟฟานวเคลยรกบเชอเพลงของระเบดนวเคลยร ความเขมขนของ U-235 ในระเบดนวเคลยรตองมากกวา 95% ในขณะทเชอเพลงของโรงไฟฟานวเคลยรมความเขมขนของ U-235 เพยง 2-3% อบตเหตทรายแรงทสดของโรงไฟฟานวเคลยรคอการหลอมเหลวของเตาปฏกรณนวเคลยร (reactor meltdown) ซงมสาเหตจากการขาดการหลอเยนของเตาและความรอนทเกดขนในเตาทำใหอณหภมของเตาสงถงจดหลอมเหลว ในกรณทการหลอมเหลวเกดขนอยางตอเนองยาวนานและปราศจากการควบคมอาจทำใหวสดทหลอมเหลวทะลฐานของเตาไปชนหนและชนนำบาดาล เมอวสดหลอมเหลวไหลถงนำกจะทำใหนำกลายเปนไออยางรวดเรวและทำใหเกดการระเบดอยางรน-

12.12 ความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยร 311

แรงซงจะทำใหสารกมมนตรงสกระจายไปในวงกวาง เตาปฏกรณนวเคลยรสมยใหมไดรบการออกแบบใหเกอบไมมโอกาสทจะเกดการหลอมเหลวของเตาปฏกรณไดเลยโดยมการหลอเยนเตาปฏกรณตลอดเวลาและมระบบระบายความรอนฉกเฉนหลายระบบ ถง-แมวาเตาปฏกรณจะหยดทำงานแลวกตาม

เทาทผานมามอบตเหตรายแรงทสำคญทเกดขนในโรงไฟฟานวเคลยรสามครงคอ

• เมอ วนท 28 มนาคม พ.ศ. 2522 เกด อบตเหต ท โรงไฟฟาทร ไมล ไอส-แลนด (Three Mile Island) ในมลรฐเพนซลวาเนย ประเทศสหรฐอเมรกา โรงไฟฟาแหงนใชเตาปฏกรณแบบ PWR อบตเหตเรมตนจากเหตขดของทเครองกำเนดไอนำซงทำใหระบบควบคมสงหยดการทำงานของเตาปฏกรณและสงใหระบบหลอเยนสบนำเขาเตาปฏกรณเพอระบายความรอนทเกดจากกระบวนการประวง แตผปฏบตการปดเครองสบนำหลอเยนใหเตาปฏกรณโดยรเทาไมถงการณ ผลกคอแทงเชอเพลงบางสวนหลอมละลายและมกมมนตภาพรงสรวไหลจากเตาปฏกรณแตอาคารคอนกรตทคลมเตาปฏกรณปองกนไมใหกมมนตภาพรงสรวไหลออกไปได จงไมมผเสยชวตหรอไดรบบาดเจบ อยางไรกตามอบตเหตครงนสนคลอนความเชอมนของชาวอมเรกนทมตอระบบความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยร

• เมอวนท 26 เมษายน พ.ศ. 2529 เกดอบตเหตทโรงไฟฟาเชอรโนบล (Cher-nobyl) ในสหภาพโซเวยตรสเซย (ปจจบนอยในประเทศยเครน) โรงไฟฟาแหงนใชเตาปฏกรณแบบ RBMK อบตเหตเกดจากความผดพลาดในการทดลองเดนเครองเตาปฏกรณทภาระตำ โดยผปฏบตการสงใหระบบหลอเยนหยดทำงานและหยดการทำงานของระบบควบคมอตโนมตทสอดแทงควบคมเขาเตาปฏกรณ ผลทตามมาคอ ฟชชนเกดขนอยางรวดเรวและไมสามารถควบคมได อณหภมทเพมขนอยาง รวดเรว ทำ ให นำ หลอ เยน ใน เตา ปฏกรณ กลาย เปน ไอนำ ความดน สงและสงแรงระเบดขนขางบนซงไมมอาคารคอนกรตคลม กมมนตภาพรงสปรมาณมากแพรกระจายออกสภายนอกในวงกวาง ในเบองตน มผเสยชวต 31 คนและบาดเจบ 203 คน นอกจากนยงมผปวยจากการสมผสสารกมมนตรงสจำนวนมากทเสยชวตจากโรคมะเรงในภายหลง

• เมอวนท 11 มนาคม พ.ศ. 2554 เกดแผนดนไหวขนาด 8.9 รกเตอรสเกลนอกชายฝงภาคตะวนออกเฉยงเหนอของประเทศญปน และมคลนสนามสงกวา 10เมตรถลมเมองฟกชมา (Fukushima) ซงเปนทตงของโรงไฟฟาฟกชมาไดอช(Fukushima Daiichi) โรงไฟฟาแหงนใชเตาปฏกรณแบบ BWR จำนวน 6 เตาถงแมวาเตาปฏกรณทกเครองสามารถหยดทำงานไดทนทหลงจากเกดแผนดนไหวแตคลนสนามซงสงถง 14 เมตรทำใหนำทะเลทวมเครองสบนำและระบบหลอเยน


ของเตาปฏกรณลมเหลว ความรอนจากกระบวนการประวงทำใหเกดการระเบดทเตาปฏกรณจำนวน 4 เตา ซงสงผลใหมสารกมมนตรงสรวไหลออกจากโรงไฟฟาในปรมาณมาก

12.12 ความปลอดภยของโรงไฟฟานวเคลยร 313


1. ระบขอไดเปรยบของโรงไฟฟานวเคลยรเมอเทยบกบโรงไฟฟาพลงความรอน

2. ธาตทมสญลกษณ 23994Pu มโปรตอนกตวและนวตรอนกตว

3. นำมวลหนกมนำหนกโมเลกลเทาไร

4. ทำไมรงสเบตาจงเปนอนตรายตอมนษยมากกวารงสอลฟา

5. รงสใดมความสามารถในการทะลทะลวงตำทสด

6. 9038Sr เปนนวเคลยสทไมมเสถยรภาพและจะสลายตวเปน 9039Y พรอมกบปลอยอนภาคออกมา อนภาคนนคออะไร

7. นวเคลยสของธาตหนงมจำนวนเรมตน 360 นวเคลยส ครงชวตของนวเคลยสนเทากบ 2 ชวโมง อยากทราบวาจะเหลอนวเคลยสของธาตนเทาไรหลงจากเวลาผานไป 6 ชวโมง

8. ฟชชนแตกตางกบฟวชนอยางไร

9. กระบวนการประวงหมายถงอะไร

10. โมเดอเรเตอรทำหนาทอะไรในเตาปฏกรณนวเคลยร

11. สารทใชทำแทงควบคมควรมคณสมบตอยางไร

12. อธบายการทำงานของระบบผลตไฟฟาทใชเตาปฏกรณแบบนำความดนสง

13. ทำไมเตาปฏกรณแบบนำเดอดจงมตนทนทตำกวาเตาปฏกรณแบบนำความดนสง

14. ทำไมเชอเพลงของเตาปฏกรณแบบนำหนกความดนสงจงเปนยเรเนยมธรรมชาตแทนทจะเปนยเรเนยมเสรมสมรรถนะ

15. กาซอะไรทใชเปนสารหลอเยนในเตาปฏกรณแบบหลอเยนดวยกาซ

16. โมเดอเรเตอรของเตาปฏกรณแบบ RBMK ทำดวยวสดใด

17. ยเรเนยมเสรมสมรรถนะมไอโซโทปใดในปรมาณมากกวาทพบในธรรมชาต

18. ยเรเนยมออกไซด (U3O8) ทไดจากกระบวนการถลงแรยเรเนยมมสอะไร


19. อธบายวธการเสรมสมรรถนะยเรเนยมดวยแรงหนศนยกลาง

20. กระบวนการเสรมสมรรถนะแรยเรเนยมดวยวธการแพรของกาซนยมใชในประ-เทศใด

21. หนวยงานใดของสหประชาชาตทำหนาทควบคมโรงไฟฟานวเคลยรทวโลก

22. ทำไมจงไมมโอกาสทโรงไฟฟานวเคลยรจะระเบดเหมอนระเบดนวเคลยร

23. เตาปฏกรณของโรงไฟฟาทรไมลไอสแลนดเปนแบบใด

24. กำหนดใหมวลของโปรตอนคอ 1.007277 amu มวลของนวตรอนคอ 1.008665amu และมวลของ 168O คอ 15.99491 amu จงหาพลงงงานยดเหนยวของ 168O(1 amu = 1:66� 10�27 kg, 1 eV = 1:6� 10�19 J และ c = 3:0� 108 m/s)

25. นวเคลยสของ U-235 ใหพลงงาน 200 MeV ในขณะทถานหน 1 กโลกรมใหพลงงาน 20000 kJ อยากทราบวา 1 g ของ U-235 ใหพลงงานเทยบเทากบถานหนปรมาณเทาไร (1 eV = 1:6� 10�19 J และม 6:022� 1023 นวเคลยสใน 1 mol ของ U-235)

บรรณานกรม

[1] E. A. Avallone and T. Baumeister III, Marks’ Standard Handbook forMechanical Engineers, McGraw-Hill, 1986.

[2] D. Gunn and R. Horton, Indusrial Boilers, Longman, 1989.

[3] A. F. Fraas, Heat Exchanger Design, Wiley-Interscience, 1989.

[4] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice,Vol. B: Boilers and Ancillary Plant (Third Edition), Pergamon Press,1991.

[5] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice,Vol. C: Turbines, Generators and Associated Plant (Third Edition),Pergamon Press, 1991.

[6] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice,Vol. E: Chemistry and Metallurgy (Third Edition), Pergamon Press,1991.

[7] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice,Vol. F: Control and Instrumentation (Third Edition), Pergamon Press,1991.

[8] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice,Vol. G Station Operation and Maintenance (Third Edition), Perga-mon Press, 1991.

[9] British Electricity International Ltd., Modern Power Station Practice,Vol. J Nuclear Power Generation (Third Edition), Pergamon Press,1991.

316 บรรณานกรม

[10] Black & Veatch, Power Plant Engineering, Chapman & Hall, 1996.

[11] P. K. Nag, Power Plant Engineering: Steam and Nuclear, TataMcGraw-Hill, 1998.

[12] T. Kuppan, Heat Exchanger Design Handbook, Marcel Dekker, 2000.

[13] K. Rayaprolu, Boilers for Power and Process, CRC Press, 2009.

[14] R. L. Murray, Nuclear Energy, Elsevier, 2009.

[15] J. Cheng, Biomass to Renewable Energy Processes, CRC Press, 2010.

Documents

Power Plant Engineering